Analyse théorique, computationnelle et expérimentale des chaînes de fission dans les réacteurs nucléaires

Theoretical, computational, and experimental investigation of fission chain processes in a nuclear reactor

• Auteur / Autrice : Cecilia Montecchio
• Direction : Andrea Zoia, Davide Mancusi
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de l'énergie nucléaire
• Date : Inscription en doctorat le 24/10/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay en cotutelle avec École polytechnique fédérale de Lausanne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Service d'Études de Réacteurs et de Mathématiques Appliquées (SERMA)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Crocus

Cinétique

Monte Carlo

Monte Carlo

Kinetics

Crocus

Résumé

Dans cette thèse nous allons contribuer à la validation des simulations cinétiques, un enjeu prioritaire pour les codes Monte-Carlo. Ce défi est particulièrement complexe notamment en raison du fait qu'il existe peu de données expérimentales de haute qualité (faibles incertitudes, résolution spatiale des observables physiques, etc.) relatives aux régimes transitoires. À cela s'ajoute le fait que certaines données nucléaires spécifiques au régime cinétique (telles que les constantes de décroissance des précurseurs des neutrons retardés) n'ont pas ou très peu profité du retour d'expérience des simulations Monte-Carlo jusqu'à présent : leur impact sur la validation des codes doit donc être attentivement caractérisé. Pour ce faire, le CEA et l'IRSN ont établi une collaboration avec l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), en vue de la réalisation d'une campagne d'expériences dédiées au régime cinétique dans le réacteur de recherche CROCUS. L'EPFL a récemment développé un nouveau système d'instrumentation (SAFFRON) capable d'une résolution spatiale et temporelle de très haut niveau, grâce à un réseau de 160 détecteurs de neutrons miniaturisés à base de scintillateurs (ZnS(Ag):6LiF) et de fibres optiqueq. Le dispositif SAFFRON permet de réaliser une « cartographie » spatiale et temporelle détaillée de la population neutronique dans le coeur du réacteur (mm3/μs), avec des incertitudes maitrisées grâce à la petite taille et aux incertitudes technologiques très faibles de CROCUS (contrôle de réactivité par niveau d'eau, pas de contreréactions physiques). De ce fait, CROCUS est un outil idéal pour la validation des simulations cinétiques.

In this thesis we will contribute to the validation of kinetic simulations, a priority issue for Monte-Carlo codes. This challenge is particularly complex due in particular to the fact that there is little high-quality experimental data (low uncertainties, spatial resolution of physical observables, etc.) relating to transient regimes. Added to this is the fact that certain nuclear data specific to the kinetic regime (such as the decay constants of the precursors of delayed neutrons) have not benefited very much from the feedback from Monte-Carlo simulations until now. : their impact on code validation must therefore be carefully characterized. To do this, the CEA and IRSN have established a collaboration with the École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), with a view to carrying out a campaign of experiments dedicated to the kinetic regime in the CROCUS research reactor. EPFL recently developed a new instrumentation system (SAFFRON) capable of very high level spatial and temporal resolution, thanks to a network of 160 miniaturized neutron detectors based on scintillators (ZnS(Ag):6LiF) and optical fibersq. The SAFFRON device makes it possible to carry out detailed spatial and temporal “mapping” of the neutron population in the reactor core (mm3/μs), with uncertainties controlled thanks to the small size and very low technological uncertainties of CROCUS (reactivity control per water level, no physical counter-reactions). Therefore, CROCUS is an ideal tool for validating kinetic simulations.