Validation of an Isotope Evolution Model for Apollo3 Calculations in SFR Core

Dans le cadre du développement du code déterministe multi-filières APOLLO3, il est nécessaire de mettre au point et valider les nouveaux schémas de calcul permettant d'améliorer la prédiction des grandeurs neutroniques d'intérêt. Les études neutroniques du coeur CFV du futur prototype ASTRID (RNR refroidi au sodium) demandent notamment un calcul précis des concentrations isotopiques tout au long de son évolution sous irradiation. Le schéma ECCO/ERANOS utilisé actuellement pour les calculs des coeurs de RNR est constitué des deux étapes classiques réseau et coeur. Les sections efficaces microscopiques autoprotégées et condensées à 33 groupes sont déterminées une seule fois en début de vie à partir de calculs 2D ECCO de cellules ou assemblages en réseau infini (avec une concentration infinitésimale pour les noyaux lourds et les produits de fission non présents en début de vie). Elles sont ensuite utilisées dans une modélisation 3D ERANOS pour réaliser les calculs du coeur complet en évolution microscopique. Ce schéma fait l'hypothèse que les sections efficaces microscopiques n'évoluent pas avec l'irradiation et la modification de composition des différents milieux fissiles. La mise en place de nouveaux schémas de calcul avec le code multi-filières APOLLO3 est l'occasion de revenir sur cette hypothèse puisque d'autres possibilités utilisées jusqu'à présent dans les schémas APOLLO2/CRONOS2 des REL sont dorénavant disponibles. Elles reposent sur un paramétrage des sections efficaces autoprotégées, macroscopiques comme microscopiques, en fonction du taux de combustion, obtenues en faisant évoluer les motifs 2D élémentaires cellules ou assemblages. Ces sections sont stockées dans des bibliothèques dites "évoluantes" permettant une interpolation à l'étape coeur. L'évolution coeur peut alors être menée de 2 façons : • macroscopique : le code coeur extrapole les taux de combustion locaux pour chaque pas d'évolution et récupère, via une interpolation linéaire, les sections efficaces macroscopiques de la bibliothèque évoluante pour calculer le pas suivant. • microscopique : le code coeur résout les équations d'évolution isotopiques en temps (équations de Bateman) suivant des stratégies plus ou moins précises (simple extrapolation ou méthodes de type prédicteur-correcteur) en interpolant les sections efficaces microscopiques en fonction du taux de combustion local.

Abstract

In the frame of the development of the new multi-purpose deterministic code APOLLO3, it is necessary to develop and validate the new calculation schemes capable of improving the prediction of the neutronic quantities of interest. The neutronic studies on the CFV core of the new prototype ASTRID (sodium cooled FNR) notably demand an accurate calculation of the isotopic concentrations during its evolution under irradiation. The ECCO/ERANOS scheme, currently used for FNR core calculations, is constituted by the two classic steps: lattice and core. Microscopic cross sections, self-shielded and condensed into 33 energy groups, are determined only one time at the beginning of life from 2D ECCO cell or assembly calculations in infinite lattice (with an infinitesimal concentration of heavy nuclei and fission products not initially present). They are, then, used for 3D ERANOS modelization of the whole core in micro-depletion. This scheme makes the hypothesis that microscopic cross sections do not evolve during the irradiation and the composition change of the different fissile materials. The development of the new APOLLO3 calculation schemes is an opportunity to re-discuss this hypothesis, because other possibilities, currently used in PWR APOLLO2/CRONOS2 calculation schemes, are available. They lie on the parametrization of self-shielded cross sections, both macroscopic and microscopic, as a function of the burn-up. These cross sections are obtained performing 2D cell or assembly depletion calculations. They are, then, stored in “evolving” libraries which allow their interpolation at core step. Core depletion can be performed in two ways: • macroscopic: the core code extrapolates the local burn-up for each evolution step and interpolate the macroscopic cross sections from the “evolving” library in order to evaluate the following time step. • microscopic: the core code solves the Bateman equations with a more or less accurate strategy (simple extrapolation or predictor-corrector methods), interpolating the microscopic cross sections as a function of the local burnup. This model is, a priori, more accurate than the ECCO/ERANOS one, because it takes into account self-shielding and spectrum changes during the evolution.