Analyse des barres de compensation au cobalt du réacteur CANDU-6 en géométrie exacte en utilisant le code DRAGON

Le réacteur CANDU-6 de la centrale Gentilly-2 comporte parmi ses mécanismes de réactivité des barres de compensation situées en tout temps dans le coeur. Ces barres sont composées de cobalt, un matériel absorbant les neutrons thermiques et servent deux buts distincts. Tout d'abord, de par leur positionnement dans le coeur, elles permettent d'aplanir le flux neutronique dans les régions centrales où ce dernier est plus élevé ce qui a pour effet d'optimiser la distribution de puissance. Ceci permet d'augmenter la puissance globale du réacteur tout en conservant des marges sécuritaires par rapport à la puissance maximale de canal. Deuxièmement, les barres de compensation procurent une réserve de réactivité positive en cas de redémarrage du réacteur. Dans ce cas, elles peuvent être rapidement extraites du coeur. Les barres de compensation au cobalt présentent une géométrie en « clusters » qu'il n'était anciennement pas possible de modéliser avec les codes de calcul. Aussi, la méthodologie employée dans l'industrie (méthodologie de référence) consistait à « cylindriser » les barres en des régions annulaires équivalentes. De plus, lors du calcul de super cellule, les grappes de combustible entourant le mécanisme ne pouvaient pas non plus être représentées dans leur géométrie exacte. On procédait alors à une pré-homogénéisation de la cellule de combustible en 3 régions afin de les représenter dans le calcul 3D. L'objectif de cette maîtrise est d'effectuer l'analyse des barres de compensation au cobalt en introduisant une nouvelle méthodologie qui tient compte des progrès effectués dans le code de réseau DRAGON. Ces analyses permettront tout d'abord d'effectuer une comparaison des sections efficaces incrémentales (ΔΣ) à 2 groupes générées en utilisant les nouveaux modèles avec les anciennes sections efficaces. Par la suite, il s'agira d'évaluer l'effet de ces nouvelles sections efficaces sur le calcul de réacteur et le suivi du coeur.

Abstract

Adjuster rods are part of the CANDU-6 reactor's reactivity mechanisms. In the Gentilly-2 reactor, as in a few other CANDU reactors, these rods are made of Cobalt pencils, a material that absorbs thermal neutrons to help flatten the power distribution in order to achieve optimal power delivery while maintaining safe margins to maximum channel power. They also act as a reserve of positive reactivity in case a reactor trip occurs. The Cobalt adjuster rods exhibit a cluster geometry that was difficult to model accurately. As a result of the limitations in the lattice codes available in the past, the geometry of the various types of rods was cylinderized in order to compute the incremental cross sections. Moreover, the fuel bundles surrounding the reactivity device in the super cell couldn't be modeled in their exact geometry. Therefore, a prehomogenization of the cell in 2D was required for the supercell calculations. These approximations were used in the reference methodology used in the Canadian nuclear industry for the past years. The aim of this study is to introduce a new methodology that takes into account the progress achieved in the DRAGON lattice code. The new simulations will allow the comparisons of the two-groups incremental cross sections (ΔΣ) generated with the exact models and the annular models. Moreover, we will be able to evaluate the effect of these two models in the reactor core using the DONJON reactor code. The new data are expected to better represent the neutron flux and power distribution in the reactor. The results of the study showed high relative variations in the incremental cross sections for the two models. However, the global effect in the reactivity of the core was very small. We found that the exact model lowered the reactivity by 1,8 mk compared to the annular model. The transport calculations performed in DRAGON were pretty much similar in both WINFRITH (69 groups) and ENDF-B/V libraries (89 groups).