Stratégies innovantes en matière d'actinides mineurs utilisants des réacteurs à sels fondus
Dans le cadre du projet ISAC (Innovative System for Actinides Conversion) du plan France Relance, des esquisses de réacteurs à sels fondus (RSF) incinérateurs d'actinides mineurs doivent être proposées en réponse à différents objectifs d'intégration dans des évolutions prospectives du parc nucléaire français (stabilisation ou réduction de l'inventaire de plutonium et d’américium, minimisation de l'emprise du stockage profond, …) et des contraintes liées au cycle (inventaire plutonium et actinides mineurs existant, …). Les spécificités de ces réacteurs à sels fondus seront exploitées pour concevoir des stratégies de transmutation innovantes. Le post doctorat aura lieu au sein du Service de Physique des Réacteurs et du Cycle de l'institut IRESNE dont l’une des missions est d’étudier la faisabilité et concevoir des réacteurs de nouvelle génération. Le candidat développera des compétences en neutronique ainsi qu’en conception de réacteur de quatrième génération en lien avec des considérations de cycle et parc nucléaire.
Calculs d’évolution du combustible de cœurs de réacteurs par méthode de Monte-Carlo : vers une solution de référence
Bien que les calculateurs modernes permettent aujourd’hui d’accéder à des solutions dites « de référence » à l’aide de logiciels de simulation du transport des neutrons par méthode de Monte-Carlo, de telles solutions ne sont accessibles qu’en régime stationnaire.
Ce travail vise à explorer et tester, au moyen des outils actuels, des méthodes de pilotages des calculs Monte-Carlo permettant d’accéder à une solution de référence pour les grandeurs d’intérêt du cycle du combustible des réacteurs. Une telle solution, peu coûteuse en temps de calcul et occupation mémoire, présenterait un intérêt certain pour les processus de validation, maitrise des biais et incertitudes des outils de calcul.
Les études seront réalisées à l’aide de l’outil TRIPOLI-4® (couplé avec le solveur d’évolution déterministe MENDEL). Pour ce faire, des travaux approfondis devront être menés, par exemple, sur la représentation des fuites neutroniques, la normalisation des grandeurs calculées, la maîtrise du calcul de l’énergie déposée dans les différents milieux, le suivi détaillé de l’historique d’irradiation, l’interpolation des sections efficaces en fonction de la température, la sélection des isotopes d’intérêt. Il sera intéressant de comparer les méthodes mises en œuvre dans les différents outils de calcul d’évolution Monte Carlo existants.
Le post-doctorant sera positionné dans une équipe d’ingénieurs-chercheurs en physique des réacteurs. Il approfondira ses connaissances en simulations Monte Carlo et sur le processus de validation des grands logiciels de neutronique.
Interprétation des expériences SEFOR pour la validation multiphysique des simulations de Réacteurs à Neutrons Rapides
Dans le processus de Validation, Vérification de Quantification des Incertitudes (VVQI) des Outils de Calcul Scientifiques (OCS), la phase de validation se base sur l’exploitation des résultats expérimentaux et leur comparaison au calcul d’observables d’intérêt. Dans le cas de la neutronique, la base d’expériences concerne essentiellement des mesures obtenues en maquettes critiques à puissance nulle.
Toutefois, pour valider et qualifier les OCS pour des cœurs de puissance, l’inclusion des effets couplés est de première importance et il est nécessaire de prendre en compte un processus de VVQI « multiphysique ». Ce nouveau cadre nécessite de dépasser l’approche mono-discipline et d’intégrer l’impact des interactions des différents phénomènes sur les grandeurs d’intérêt : dépendances en température et densités des paramètres neutroniques (keff, distribution de puissance, contre-réactions spatiales), champ de température du triptyque combustible-gaine-caloporteur en fonction de la puissance dégagée, évolution de ces dépendances en irradiation.
En ce qui concerne la mesure de la contre-réaction par effet Doppler, il est intéressant d’exploiter le corpus d’expériences menées auprès du réacteur SEFOR dans les années 1970. Ce réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium à combustible mixte UPuO2 a été construit pour étudier l’effet Doppler, en support au programme de R&D sur les RNR aux US durant cette décennie (validation des codes de calculs de l’époque). Le cœur est basé sur un design spécifique qui permet de bien séparer l’effet Doppler lors de transitoires de réactivité.
Le travail proposé ici consiste en l’interprétation des expériences SEFOR (mesures en régimes nominal et transitoire) en mettant en œuvre une modélisation couplée neutronique/thermo-hydraulique/thermique combustible avec les OCS de dernière génération et de quantifier les impacts de cette modélisation sur les observables d’intérêt en comparant avec les résultats de calcul chainés classiques.
Développements des outils multiphysiques dédiés à la modélisation des réacteurs RNR-Na et études associées.
Le groupe sodium du DM2S (département du CEA Saclay) développe des outils numériques de couplage afin de réaliser des études de cas accidentels (transitoires rapides). Les domaines physiques concernés sont la neutronique, la thermo-hydraulique et la mécanique. Le sujet de ce post-doc s’inscrit dans ce cadre.
Il s’agit de mener plusieurs travaux : l’intégration d’un couplage au sein de la plateforme CORPUS, réaliser des études dans le but de tester les effets et introduire dans le couplage l’impact, sur l’écoulement du sodium, de la déformation des assemblages par la température, l’utilisation des sections efficaces neutroniques générées par le code APOLLO3, l’étude d’autres cas accidentels, et étendre la modélisation à l’échelle sous-canal et aiguille.