Soutenance de thèse de Júlia BARTOS

Des réacteurs de recherche spécifiques sont capables de reproduire des accidents d’injection de réactivité (RIA), afin d’étudier le comportement du combustible nucléaire dans des conditions accidentelles. Dans le réacteur de recherche CABRI, le combustible à examiner (crayon d’essais) est placée au centre du cœur dans une boucle de test dédiée. Il est ensuite soumis à un transitoire de puissance, obtenu par la dépressurisation rapide du gaz absorbeur de neutrons de l’hélium-3, contenu dans les barres transitoires. L’un des paramètres centraux de l’expérience est le dépôt d’énergie dans la crayon d’essai, qui n’est actuellement pas mesuré pendant un transitoire. On suppose plutôt que la distribution d’énergie relative entre le cœur et la crayon d’essai est constante quel que soit l’état de fonctionnement du réacteur. Actuellement, cette corrélation est mesurée et calculée à l’état stationnaire et est considérée constante pendant le transitoire. L’objectif de ce travail est de calculer le dépôt d’énergie dynamique dans la crayon d’essais et d’étudier comment le taux de dépôt d’énergie change pendant le transitoire à l’aide du code stochastique. La transition entre le calcul statique actuel et un cinétique de TRIPOLI-4® est réalisée progressivement, en développant deux méthodologies. La première méthode est basée sur des calculs stochastiques à l’état stationnaire, où un calcul de criticité est effectué pour des configurations de cœur consécutives, représentatives des différentes étapes du transitoire. Cela permet d’observer les variations dans les paramètres d’intérêt pendant le transitoire avec les codes déjà à disposition, et jette une lumière sur les paramètres les plus impactant sur le taux de dépôt d’énergie, tels que la dépressurisation d’hélium et l’effet Doppler. Les résultats montrent également que, contrairement à l’hypothèse actuelle, le taux de dépôt d’énergie entre le cœur et le crayon d’essais, c.-à-d. le taux de distribution d’énergie, varie pendant le pulse de puissance. La différence relative du taux de dépôt d’énergie entre le cœur et le crayon d’essais augmente à 6 % dans les transitoires étudiés, et cette augmentation est principalement déterminée par la pression initiale d’hélium et le type de dépressurisation. L’énergie déposée dans le crayon d’essai est estimée sur la base de l’énergie de fission générée par les événements de fission dans le crayon d’essai tout au long du transitoire. L’énergie déposée a également été estimée à partir des échauffements nucléaires, dans lequel le transport des particules secondaires générées lors de la fission est simulé. Le résultat a montré que quel que soit le type de crayon de test, environ 10% de l'énergie de fission générée dans la crayon d’essais est déposée à l'extérieur du crayon. La deuxième méthodologie est basée sur une simulation dynamique du transitoire est obtenue en utilisant le nouveau module du code TRIPOLI-4®, qui permet la simulation de conditions non stationnaires. L’objectif de cette simulation est double : valider le schéma de calcul des dépôts d’énergie et évaluer les capacités du module cinétique sur la modélisation des transitoires de puissance réalisés dans CABRI. Dans le cas d’un transitoire supercritique il y a un bon accord entre les deux méthodologies en ce qui concerne la distribution de flux et la variation des paramètres intégraux. Cependant, les résultats montrent que le module cinétique n’est pas capable de reproduire correctement l’augmentation de puissance en cas de transitoires surcritiques prompts. Mots clés : Dépôt d’énergie, RIA, CABRI, Monte Carlo cinétique, TRIPOLI-4®

Specific research reactors are capable of simulating Reactivity insertion accident (RIA) phenomenology, in order to study the behavior of nuclear fuel pins in accidental situations. In the CABRI research reactor, the fuel pin to be examined (test pin) is placed at the center of the core in a dedicated test loop. It is then subjected to a power transient, obtained by the rapid depressurization of the helium-3 neutron absorber gas from transient rods located in the core. One of the central parameters of the experiment is the energy deposition into the test pin, which is currently not measured during a transient. Instead, it is assumed that the relative energy distribution between the core and the test pin is constant regardless of the operational state of the reactor. Currently, this correlation is measured and calculated in steady-state and assumed constant during the transient. The goal of this work is to assess the dynamic energy deposition into the test pin and to study how the energy deposition rate changes during the power transient by Monte Carlo modelling and simulation. The transition between the current static calculation to a dynamic TRIPOLI-4® stochastic calculation is achieved progressively, by developing two methodologies. In the first methodology a criticality calculation is run for consecutive core configurations, representative of different stages of the transient. This allows for observation of the variations in the parameters of interest during the transient with the codes already being utilized, and sheds a light on the most impactful parameters on the energy deposition rate, such as the helium depressurization and the Doppler feedback. The results illustrate that contrary to the current assumption, the energy deposition rate between the core and the test pin, i.e. the energy distribution rate, varies during the power pulse. The relative difference in the energy deposition rate between the core and test pin increases to 6% in the studied transients, and this increase is primarily determined by the initial helium pressure and the depressurization type. The energy deposited in the test pin is estimated based on the fission energy generated by the fission events in the test pin throughout the transient. It was also estimated based on nuclear heating, in which the transport of the secondary particles generated during fission is simulated. The result showed that regardless of the test pin type, around 10% of the fission energy generated in the test pin is deposited outside the test pin. The second methodology is based on a fully dynamic simulation of the transient obtained by using the newly developed dynamic module of the TRIPOLI-4® code, which allows the simulation of non-stationary conditions. The aim of this simulation is twofold: to validate the energy deposition calculation scheme and to assess the kinetic module’s capabilities. In the case of a supercritical transient there is a good agreement between the results of the dynamic and stepwise regarding the flux distribution and the variation of the integral parameters. However, the results show that the dynamic module is not able to correctly reproduce the power increase in case of prompt supercritical transients. Keywords : Energy deposition, RIA, CABRI, Kinetic Monte Carlo, TRIPOLI-4®