Analyse des incertitudes et des facteurs de sensibilit de donnes nuclaires sur des concepts de racte

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Analyse des incertitudes et des facteurs de
sensibilité de données nucléaires sur des
concepts de réacteurs à sels fondus
GROUPEMENT DE RECHERCHECEA - CNRS EDF -
FRAMATOME
GEDEPEON
Adrien BIDAUD,Tatiana IVANOVA, Victor MASTRANGELO
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Nouveaux besoins, (re)nouveaux réacteurs

• Développement du nucléaire
• -gtmeilleure utilisation du combustible lt-gt
  régénération Cycle U/Pu rapide, cycles Th/U
• Gestion des déchets (plutonium, actinides
  mineurs, Produits de fissions?)
• Recyclage en réacteurs
• ADS
• Cycle Thorium

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Quelles données pour les réacteurs?

• Sections efficaces
• Diffusion, fission, absorption, (n,xn)
• 12 ordres de grandeurs en énergie
• (10-5ev -gt20MeV), extension 200MeV pour ADS
• Distributions en énergie et angulaire des
  neutrons de sorties
• Impact des interactions chimiques (H dans H2O, C
  dans graphite) sur les xs dans la partie
  thermique
• Distribution de produits de fission, production
  de gaz, dépôt dénergie, dommages aux matériaux
• Incertitudes?

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Réacteur à Sel Fondu au Thorium
Pourquoi ? avantages du cycle Thorium en
spectre (epi)thermique
? Régéneration ? production de déchets
minimum ? inventaire de fissile petit (lt2t/GWe)
Comment ? L 233U nexiste plus naturellement
sur terre, linventaire initial doit être
produit dans dautres réacteurs thèses en cours
IPN/LPSC Evaluation du potentiel des RSFs à
cycle thorium

• Réacteur de génération IV
• ? Besoin en RD couplage physique/chimie

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Modèle de TMSR LPSC/IN2P3 Grenoble /EdF Clamart

• 2 zones de sel (1 fissile et 1 fertile) avec
  des enrichissements différents
• Coefficients de Temperature lt0
• optimisation de léconomie de neutrons
• Densités
• Combustible à léquilibre
• Les concentrations de PF et lenrichissement
  dépendent des hypothèses faites sur la chimie

Sel Fissile circulant dans du graphite
B4C
Circulation du sel fissile
Sel fertile
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évolution des charactéristiques neutroniques avec
la modération
L.Matthieu, LPSC Grenoble CNRS/IN2P3
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Méthodologie Analyses de Sensibilités (IPN/CNAM)
Données nucléaires Géométrie, densités Température
s Structure en groupe
Geométrie Pas de maillage
Maillage
BOT3P
Production des sections efficaces
Calculs direct et adjoint
APOLLO2(CEA/EdF)
Données Nucléaires Géometrie Températures
DORT
Matrices de covariances Sections efficaces
partielles
Calcul des sensibilités et des incertitudes
SUSD3D
NJOY
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variation relative du keff liée à une variation
relative de la donnée
Sensibilité intégrée
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Analyses de sensibilités
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Profil de Sensibilité
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Analyses dincertitudes
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Ces données sur le thorium
Evaluations disponibles relativement anciennes
1977(ENDFB4)-gt1985 dernière modif JEFF3.0
(JENDL3.2) 1993 Incertitudes Th232
disponibles une source unique 1977 ENDF
partagée avec ENDFB6, IRDF90v2, JEFF3.0 10
dincertitudes dans la zone des résonances
résolues, matrice de covariance diagonale (4
valeurs distinctes seulement). Nouvelles données
(n-TOF, GEEL), et donc nouvelles évaluations à
venir. Workgroup évaluateurs à lAIEA sur les
données du cycle du thorium JEFF3.1 disponible
en mars 2005 A quand les données dincertitudes?
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Sensibilité des coefficients de température

• Différence de keffgtsensibilité très
   sensibles 
• Incertitudegtqques 10
• gtimpact important pour lévaluation du potentiel
  des réacteurs à cycle thorium.
• gtles analyses de sensibilités permettent de
  pointer les données (réactionsspectre) mises en
  jeu.

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Régénération dans un cycle à léquilibre
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Pour quelques équations de plus
Consommation dun noyau
Gain de régénération
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Incertitude sur la régénération dun RSF critique
à léquilibre
GR0,0020,04
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Conclusions (1/2)

• Analyses de sensibilités et dincertitudes sur le
  keff et les coefficients de température dun RSF
  Thorium faites
• 4000pcm avec les incertitudes disponibles
  aujourdhui
• vraisemblablement beaucoup moins (1800pcm?) avec
  les nouvelles données à venir.
• Ordonnancement des isotopes et des gammes
  dénergie prioritaires
• résonances résolues du thorium(keff), capture en
  général(coefficient de température)
• Section efficace de capture de luranium
  234(keff).
• nombre neutrons/fissions(keff) et sections
  efficaces des fissiles (keff et coefficient de
  température).
• Section efficace de diffusion du carbone.

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Conclusions (2/2)

• Estimation de lincertitude sur la régénération
• gt4, à comparable avec les marges de manuvre
  apportées par le retraitement en ligne
• Le rapport alpha et le nombre de neutrons par
  fission de luranium 233 dominent cette
  incertitude. Les sections efficaces de capture du
  Pa233 et de lU235 apportent aussi des
  contributions majeures.
• La capture du Thorium a aussi une importance non
  négligeable.
• Les incertitudes sur les données du cycle du
  Thorium sont importantes et augmentent les marges
  à prendre pour assurer la stabilité du réacteur
  au détriment dautres paramètres.
• La connaissance des incertitudes est dautant
  plus nécessaire que lon travaille autour dun
  point de fonctionnement pour lequel les
  paramètres clefs (coefficient de température,
  régénération) sont proches de 0.

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Avantages des sels fondus pour lextraction de
chaleur

• Bonnes propriétés de caloporteurs grande
  capacité thermique grande conductivity, faible
  viscosité
• Potentiel pour les hautes températures.
  Température débullition gt1400 C.
• Basse pression
• Transparent (à la lumière visible!)

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Caractéristiques chimiques

• Avantages du retraitement en ligne
• Lextraction des produits de et du Protactinium
  autorise la régénération
• Lextraction des poisons neutroniques et le
  contrôle de lenrichissement en Uranium permet le
  contrôle de la réactivité. Labsence de réserve
  de réactivité limite les conséquences des
  scénarios daccidents.
• Les expériences dOak Ridge (MSRE) des années 60
  ont démontré la résistance à la corrosion par le
  sel des matériaux de structures (utilisation de
  lalliage  Hastelloy N )