Reactor Physics of a Deep-Burner Prismatic Core for VHTR

Ce mémoire de maîtrise rend compte des problèmes de simulation d'un coeur de réacteur nucléaire à très haute température. Ce coeur possède une géométrie hexagonale prismatique. Le combustible est composé d'isotopes transuraniens et est réparti le long d'un anneau. Le centre du coeur et sa périphérie contiennent des blocs de réflecteur en graphite. Cette disposition pose plusieurs problèmes au neutronicien. Le faible pouvoir modérateur du graphite confère aux neutrons un plus grand libre parcours moyen que dans les réacteurs à eau sous pression. Les blocs de graphite ralentissent plus les neutrons que les blocs de combustible. Ce changement du spectre neutronique se fait sentir profondément à l'intérieur du combustible situé en périphérie du coeur. La thermalisation dans le réflecteur conduit à deux pics de fission caractéristiques aux interfaces combustible - réflecteur, les taux de fission augmentant du fait de la plus grande proportion de neutrons thermiques. Cet effet spectral complique l'utilisation du schéma de calcul classique à deux niveaux : calcul en réseau infini sur un bloc pour générer des paramètres homogénéisés, suivi du calcul de coeur avec des blocs homogènes. Nous avons testé ce schéma sur un coeur dépourvu de mécanismes de contrôle (barres, absorbants) et chargé avec un combustible neuf. Un deuxième schéma a également été mis en place dans lequel les blocs voisins du réflecteur sont simulés au niveau réseau avec leur environnement (supercellules), ceci afin de générer des sections efficaces avec un spectre corrigé, plus proche de la réalité. Un calcul de référence a été effectué avec MCNP. Il en ressort que si le schéma avec les supercellules conduit à une amélioration de la précision, le schéma à blocs simples permet d'ores et déjà de simuler le coeur avec une précision très satisfaisante à condition de garder typiquement 26 groupes d'énergie pour le calcul de coeur. Le temps de calcul prohibitif des supercellules ne permet pas à ce stade de recommander leur utilisation. Cependant, des calculs d'évolution sur une supercellule montrent que la présence du réflecteur induit de fortes variation des concentrations au sein du bloc de combustible. Ceci indique que le calcul de l'évolution des concentrations doive probablement se faire au niveau du calcul de coeur plutôt qu'en calcul réseau. L'ajout des poisons neutroniques et des barres de contrôle devrait également plaider en faveur de l'utilisation de supercellules.