Simulations Monte-Carlo à haute-fidélité du bruit neutronique dans les réacteurs nucléaires industriels

Les réacteurs nucléaires en fonctionnement sont soumis à diverses perturbations. Celles-ci peuvent inclure des vibrations des crayons et assemblages de combustible dues aux interactions fluide-structure avec le modérateur, ou même des vibrations de la cuve du coeur, des grilles et de l'enceinte pressurisée. L'ensemble de ces perturbations peut entraîner de petites fluctuations périodiques de la puissance du réacteur autour d'un niveau moyen stationnaire. Ces fluctuations de puissance sont appelées « bruit neutronique ». La capacité de simuler différents types de perturbations internes au coeur permet aux concepteurs et exploitants des réacteurs de prédire le comportement du flux neutronique en présence de telles perturbations. L'objectif principal de cette thèse de doctorat sera de porter les simulations Monte-Carlo du bruit neutronique à l'échelle des calculs industriels réalistes des coeurs de réacteurs nucléaires, avec une modélisation physique haute-fidélité (transport de particules à énergie continue). Dans ce cadre, l'étudiant/e ajoutera de nouvelles capacités de simulation du bruit neutronique à TRIPOLI-5, le code Monte-Carlo de transport de particules de nouvelle génération, développé conjointement par le CEA et l'ASNR, avec le soutien d'EDF spécifiquement pour les calculs à haute performance (HPC). Dans un premier temps, l'étudiant/e évaluera les performances et le comportement de différents modèles de bruit neutronique dans des simulations à énergie continue à l'échelle d'un assemblage combustible, et potentiellement à l'échelle du coeur complet, en s'appuyant sur le code Monte-Carlo déjà existant pour la solution des équations du bruit neutronique, développé dans le cadre d'une thèse au sein de notre unité. Ces résultats serviront ensuite à orienter le choix du modèle de bruit neutronique à implémenter dans TRIPOLI-5. Bien que la principale application du nouveau solveur soit la simulation du champ de bruit résultant des perturbations survenant dans les réacteurs à eau légère, l'étudiant/e étudiera parallèlement les fondements théoriques des perturbations pouvant survenir dans les réacteurs à sels fondus (MSR), afin de développer des modèles théoriques des différentes « sources de bruit » pouvant apparaître dans ces réacteurs de génération IV. Contrairement aux réacteurs à combustible solide, les MSR utilisent un combustible sous forme liquide, advecté dans le coeur, ce qui entraîne le déplacement des précurseurs de neutrons retardés : l'opérateur de fission retardée intervenant dans les équations de bruit est alors modifié de manière subtile par rapport au cas des réacteurs à combustible solide, et doit être rigoureusement pris en compte. L'étape suivante consistera à transférer l'implémentation existante du bruit neutronique du code simplifié vers TRIPOLI-5. Une fois ces nouvelles fonctionnalités de bruit neutronique implémentées dans TRIPOLI-5, elles seront testées en examinant une variété de perturbations à l'échelle d'un coeur de REP complet, incluant les vibrations d'assemblages combustibles et d'autres perturbations d'intérêt. Si le temps le permet, des simulations de bruit neutronique dans les MSR seront également réalisées et analysées, et leur comportement sera comparé à celui des réacteurs à combustible solide soumis à des sources de bruit similaires. École doctorale : Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Image, Cosmos et Simulation Direction : Andrea ZOIA Financement : Financement du CEA - CFR (Contrat formation par la recherche)