Stochastic nEutron Noise Techniques for onlINE surveiLLance - SENTINELLE

Neutronique et physique des réacteurs Stochastic nEutron Noise Techniques for onlINE surveiLLance - SENTINELLE H/F Aucune technique opérationnelle ne permet aujourd’hui de mesurer en continu la réactivité de systèmes nucléaires, c’est-à-dire leur distance à la criticité, en régime à faible puissance, c’est-à-dire leur distance à la criticité. Dans ces systèmes sous-critiques pilotés par des sources faibles, le signal moyen des détecteurs est peu informatif ; en revanche, les fluctuations temporelles du signal neutronique — le bruit neutronique stochastique, hérité de l’aléa fondamental du nombre de neutrons émis par fission — portent une information directe et quantitative sur la multiplication. Le projet SENTINELLE propose d’exploiter ces fluctuations en temps réel : un détecteur rapide enregistre le signal neutronique, et un algorithme d’inversion par modèle réduit, calibré par un code de transport déterministe permettant d'associer des cartes de bruit à différentes configurations du coeur et pour différentes réactivités, en infère la distance à la criticité. SENTINELLE vise à démontrer en 24 mois la faisabilité d’un dispositif intégré « détecteur + algorithme » estimant en ligne le facteur de multiplication M (ou le keff qui est également une métrique de la réactivité) d’un système nucléaire. L’approche repose sur trois piliers : (i) la qualification puis l’adaptation de détecteurs gazeux Micromegas développés au CEA, avec la réalisation de trois prototypes — deux exemplaires jumeaux destinés à des mesures simultanées de bruit en deux positions pour les systèmes étendus et découplés, et un troisième dédié aux tests d’adaptation ; (ii) le développement d’un solveur déterministe sur GPU des équations des moments (moyenne et corrélations) de la population neutronique, calculant rapidement les observables de bruit (Feynman-α, Rossi-α, multiplicités locales) ; (iii) des approches inverses fondées sur des métamodèles entraînés sur ce solveur. En cas de succès, SENTINELLE ouvrira la voie à un « réactivité-mètre » générique au service de la sûreté nucléaire (chargement des réacteurs, sûreté-criticité des installations du cycle), de la gestion de crise et du risque NRBC, en fédérant trois directions opérationnelles du CEA (DRF, DES, DAM) et deux partenaires externes (ASNR, École des Ponts). Dans ce contexte, le CEA a décidé de recruter un post-doc de deux ans concernant spécifiquement le développement et la validation d’un solveur numérique pour la résolution des équations du bruit neutronique. Il s’agit tout d’abord d’implémenter un solveur déterministe des équations des moments de la population neutronique, en approche pixelisée sur GPU, permettant de calculer rapidement les observables classiques du bruit (courbes Feynman-α et Rossi-α) ainsi que des cartographies de coefficients de multiplication locaux. Dans le cadre de SENTINELLE, le solveur sera ensuite exploité par balayage de configurations pour constituer la base d'apprentissage d’un outil permettant d’inférer le facteur de multiplication M en temps réel. Si les performances des détecteur Micromegas sont au rendez-vous, le solveur déterministe sera validé sur la base de données expérimentales issues du projet SENTINELLE (obtenues par un autre post-doc travaillant sur le volet de SENTINELLE concernant l’amélioration des détecteurs Micromegas) ; en cas contraire, des données réacteur « synthétiques », simulées par méthodes de Monte-Carlo corrélées, se substitueront aux mesures expérimentales pour alimenter l'inférence et préserver la preuve de concept « détecteur + algorithme » qui est l’objectif central du projet SENTINELLE. Méthodes numériques pour la neutronique Compétences en développement de codes de simulation, notamment GPU et méthodes HPC