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Présentation du cours (semaine 1)
1. Informations générales 2. Documentation et ressources disponibles 3. Évaluation 4. La physique des réacteurs en génie nucléaire 5. Sujets et organisation de la recherche
© Alain Hébert, 2011
ENE6101Semaine 1 2
Professeur: q Alain Hébert ([email protected])
!Site Moodle:
q https://moodle.polymtl.ca/course/view.php?id=408 !
• Site Archives: q http://www.polymtl.ca/merlin/archives.htm
!• Livre (obligatoire): q Alain Hébert, Applied Reactor Physics, Presses Internationales
Polytechnique, Second edition, Montréal, 2016.
Informations générales
ENE6101Semaine 1
ENE6101
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ENE6101 PHYSIQUE STATIQUE DES RÉACTEURS !(3-0-6) 3 cr. !Cinématique d'une collision élastique neutron-noyau et détermination de la loi de choc. Définition et calcul des sections efficaces pour les réactions nucléaires par noyau composé. L'équation de Boltzmann en milieu homogène: définition et calcul du flux neutronique, présentation de la loi de Fick, étude du milieu multiplicateur en régime stationnaire, discrétisation multigroupe, ralentissement des neutrons et autoprotection des résonances. Calcul du coefficient de diffusion par le modèle du mode fondamental homogène. Évolution ponctuelle des noyaux.!
ENE6101Semaine 1 4
Implication personnelle: q Cours de 3 crédits: 3x45=135 h de travail pour la session q Triplet (3,0,6): 3 h/semaine d’encadrement et 6 h/semaine de travail
personnel (minimum) !Méthode d’enseignement:
q Apprentissage individuel suivi d’un encadrement professoral q Basé sur la résolution de problèmes q Devoirs / Projet / Examen final q L’étudiant dispose de matériel pédagogique spécialisé et complet
Approche pédagogique
ENE6101Semaine 1 5
!q 3 devoirs
v 20% chacun, porteront sur les chapitres 2 et 4 !
q projet (devoir 3) v 40%, projet Matlab portant sur le chapitre 3
Évaluation
ENE6101Semaine 1
La physique des réacteurs en génie nucléaire
Les 3 disciplines majeures du génie nucléaire sont: q Physique des réacteurs: Étude des populations de neutrons dans un
réacteur nucléaire et calcul de la distribution de puissance (issue de la fission et autres réactions nucléaires)
q Thermohydraulique: Étude des écoulements fluides et du transfert de chaleur dans une centrale nucléaire
q Thermo-mécanique: Étude des propriétés mécaniques des matériaux présents dans un réacteur nucléaire et prise en compte des effets de l’irradiation sur ces propriétés
Note: Un schéma de calcul “multi-physique” prend en compte l’interaction par couplage ou chaînage de ces 3 disciplines. Les disciplines connèxes sont:
q Radioprotection et radiochimie q Analyse par activation q Sûreté et criticité (Safety and criticallity) q Disciplines amont et aval du cycle
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ENE6101Semaine 1
La physique des réacteurs
• Discipline couvrant les aspects physiques situés entre l’évaluation (ENDF ou GND) et l’opération du réacteur:
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Neutron-nuclidecross-section
calculationLattice
calculation
Depletioncalculation
Reactorcalculation
Space-timekinetics
calculation
Fuel management,design and
operation simulation
Depletioncalculation
Step 1 Step 2 Step 3
ENE6101Semaine 1
La physique des réacteurs -- suite
• Les 3 étapes de calcul en physique des réacteurs sont: q Calcul de sections efficaces (basé sur le code NJOY de Los
Alamos) v Permet de traiter l’évaluation ENDF/B de chaque isotope existant
dans la nature v Calcul sporadique (nouvelle évaluation, condition de fonctionnement
non prévue, erreur de traitement) q Calcul de réseau (calcul de type DRAGON)
v Représentation en mode fondamental d’une sous-géométrie périodique du réacteur
q Calcul de coeur entier (calcul de type DONJON)
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ENDF/Bdata
Isotopiccross-section
library
Reactordatabase
NJOYCross section
processingcode
Latticecalculation
Nuc
lear
phy
sics
Rea
ctor
ope
ratio
nan
dfu
el m
anag
emen
t
Reactorcalculation
ENE6101Semaine 1
Géométrie du calcul de réseau
Réacteur à eau pressurisée
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ENE6101Semaine 1
Géométrie du calcul de réseau
Réacteur à haute température
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ENE6101Semaine 1
Géométrie du calcul de réseau
Réacteur rapide à caloporteur sodium
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Fertile fuel (C1)
Fissile fuel (C3)Fertile assembly box (C2)
Fissile assembly box (C4)
Fertile assembly Fissile assemblyC
C1.07 cm
ENE6101Semaine 1
Géométrie du calcul de réseau
Réacteur CANDU (3D)
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ENE6101Semaine 1
Logiciels de simulation “coeur-entier”
q Solveurs “coeur-entier” v solution de l’équation de diffusion neutronique v solution de l’équation PN simplifiée
q Outils de simulation auxiliaires (accastillage) v interpolation multiparamètre d’une base de données nucléaires v micro-évolution d’isotopes particuliers (Xe, Sm, etc.) v contrôle critique du Bore v thermo-hydraulique simplifiée (régime permanent et transitoire) v gestion des mécanismes de réactivité (barres de contrôle) v simulation du rechargement combustible v reconstruction fine de puissance dans les assemblages v cinétique espace-temps en 3D et calcul de perturbation généralisé v capacité de concevoir des schémas de calcul (cycles de burnup,
scénarios d’accident, etc.)
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ENE6101Semaine 1
Le projet ORION en physique des réacteurs (IRSN)
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ENE6101Semaine 1
L’écosystème SALOME
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Geometry module
SALOME
DRAGON5NJOY-2012
MCNP
Draglib
ENDF/B Acelib
ASTER
SATURNE
CYRANO3
DONJON5
OpenTURNS
ADAO
THYC
APOLLO3
COCAGNE
treatment of uncertainties (EDF)
data assimilation (EDF)
thermal-hydraulics (EDF)
fuel thermo-mechanics (EDF)
computational fluid dynamics (EDF)
solid mechanics code (EDF)
lattice code (EPM)
full core code (EPM)
lattice and full core code (CEA)
full core code (EDF)
Monte Carlo code (Los Alamos)
Evaluation processing code (Los Alamos)
Apolib
Open source code
Proprietary code
YACS module
PARAVIS module... ALCIONE fuel thermo-mechanics (CEA)
ENE6101Semaine 1
Thèmes de recherche
• Deux types de sujets de recherche (aucune recherche expérimentale en physique des réacteurs à l’IGN):
q Études et conception de schémas de calcul (computational schemes) v Étude de concepts de réacteurs de différentes filières et mise au
point de procédures de calcul automatisées (encapsulées). Les schémas de calcul sont programmés principalement en langage CLE-2000
q Développement de logiciels de calcul v Mise au point de logiciels destinés au calcul de réseau ou au calcul
de coeur entier. Les logiciels de calcul sont programmés principalement en Fortran (F77 ou F-2003) avec certaines parties en ANSI-C. Nous prévoyons utiliser Java et/ou SALOME (C++) pour la conception d’interfaces physiques et pour la supervision multi-physique.
• NOTE: Les mémoires et thèses co-dirigées par Alain Hébert comportent un stage industriel de 6 mois.
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ENE6101Semaine 1
Exemples de sujets de recherche (co-dirigés)q M. Ing.
v Calcul des paramètres de réflecteur d’un réacteur à eau pressurisée (REP) par la méthode des perturbations généralisées (stage EDF)
v Conception d’un schéma de calcul DONJON4 pour un réacteur de type ASTRID (rapide Sodium) de quatrième génération
v Développement d’un schéma de calcul avec micro-évolution pour le réacteur ASTRID
v Calcul de facteurs de discontinuités ADF dans DRAGON5 et utilisation de ces facteurs dans le code de simulation coeur-entier PARCS
v Implémentation de la méthode d’équivalence SPH dans le système MOOSE de Idaho National Laboratory (INL)
q Ph. D. v Conception d’un solveur Sn en géométrie hexagonale 3D pour les calculs
“coeur-entier”. Utilisation de la méthode “Discontinuous Galerkin” (DG). v Optimisation et accélération synthétique de la méthode des caractéristiques
et développement des sources linéaires en espace v Réalisation d’un couplage multiphysique DONJON5-THYC, en état
transitoire, dans l’environnement SALOME (stage EDF)
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