Étude de différentes méthodes de calculs de coefficients de sensibilités du keff aux données nucléaires

The sensitivity of keff to nuclear data are used, in tandem with the covariance data stored in cross section libraries, to estimate the uncertainties of the keff due to nuclear data. Since these contributions to the uncertainties of keff dominate any other, it is necessary, in order to increase the safety of nuclear systems, to validate the schemes used for sensitivity calculation. These sensitivity analysis are also useful for the modeling of experimental benchmark and during similarity studies. The work, presented in this document, compare different schemes for sensitivity calculation: TSUNAMI-1D/3D and DRAGON4/SENS, that rely on the adjoint-based first-orderlinear perturbation theory, and APOLLO2-MORET 5 and DRAGON4-MORET 5, where direct perturbations of cross sections are applied (this involves a coupling between a deterministic code, APOLLO2 or DRAGON4, and a multigroup Monte Carlo code, MORET 5). This comparison is based on sensitivity results obtained for the Godiva and the NEA/EGUACSA Phase III benchmarks. The last problem was created especially to test and compare schemes of sensitivity calculation. It also aims to study the impact of geometric simplifications on sensitivities and to evaluate the importance of implicit sensitivities (linked to self-shielding) for heterogeneous and homogeneous moderated systems. The results obtained during this study allow to conclude that homogenization decreases time computation, without lost of accuracy, for the schemes of calculation with direct perturbations. As written in the SCALE manual, the sensitivity results for homogenized cases are not representative. We saw that implicit sensitivities are not negligeable for the homogeneous low enriched system which has been studied.

Résumé

Les études de sensibilités du keff relatives aux données nucléaires sont utilisées, en tandem avec les données de covariances des bibliothèques de sections efficaces, au cours du processus d'estimation des incertitudes du keff dues à ces données nucléaires. Étant donné que ces incertitudes sont dominantes comparativement aux autres contributions possibles, il est nécessaire, dans le but d'améliorer la sûreté des installations nucléaires, de tester les schémas de calcul de sensibilités. Les études de sensibilités sont également utilisées pour la conception d'expériences de validation ou au cours d'études de similarité. Les travaux, présentés dans ce document, traitent d'une comparaison des différents schémas de calcul de sensibilités suivants : TSUNAMI-1D/3D et DRAGON4/SENS, qui sont basés sur la méthode de perturbations au 1er ordre (qui fait intervenir le flux adjoint), ainsi que APOLLO2-MORET 5 et DRAGON4-MORET 5, qui sont basés sur des perturbations directes de sections efficaces (faisant donc intervenir un couplage entre un code déterministe, APOLLO2 ou DRAGON4, et un code Monte Carlo, MORET 5). Cette étude comparative est basée sur les résultats de calculs de sensibilités du benchmark de Godiva et du benchmark NEA/UACSA Phase III. Ce dernier à été spécialement conçu pour tester et comparer les schémas de calcul de sensibilités. Il vise également à étudier l'impact de simplifications géométriques sur les sensibilités et à étudier l'importance des sensibilités implicites (liées à l'autoprotection des résonances) pour des systèmes hétérogènes et homogènes modernes. Les résultats obtenus ont permis de conclure que l'homogénéisation permet de diminuer le temps de calcul, sans pour autant biaiser les résultats, pour les schémas de calcul faisant intervenir des perturbations directes. Comme mentionné dans le manuel de TSUNAMI-3D, « les résultats de calculs de sensibilités pour des systèmes homogénéisés doivent être utilisés avec précaution » et peuvent ne pas être représentatifs. Nous avons constaté que les sensibilités implicites restent non négligeables pour le système homogène faiblement enrichi en uranium étudié.