Modélisation du cœur d’un Small Modular Reactor (SMR) : Mise en place d’un couplage neutronique et d’épuisement du combustible sous le code DRAGON4. Stage de fin d’étude du 15 Avril au 30 Septembre 2013 Réalisé par : Moaad Bouzekri Encadré par : Imed LIMAIEM Philippe JACQUET Xu HAN Benjamin Braunn 1 titre / date / présenté par

Plan de la présentation Contexte du stage Objectif de l’étude Méthodologie Présentation des résultats Conclusion et perspectives 2

Small Modular Reactors (SMR) Contexte du stage Small Modular Reactors (SMR) SMR en quelques chiffres* 131 SMR en exploitation avec une capacité de 59 GWe. 14 SMR en construction dans 6 pays : Argentine, China, Inde, Pakistan, Russie, Slovaquie. * Données IAEA Intérêts Le rôle d’ ALTRAN Motivation Economique Technique Le projet Physor Période de construction courte. Financement plus accessible. Campagne du combustible plus long. Flexibilité et Modularité. Définir de nouveaux préconcept innovants. Développer l’intérêt de nouveaux partenaires. 3

Objectif du stage Couplage du modèle neutronique et d’épuisement du combustible pour le cœur d’un SMR. Small Modular Reactors PWR: FBNR PHWR: AHTR HTR: PMBR RNR: 4S Modérateur Caloporteur Combustible Gestion du combustible Eau ,CO2, He, Pb, Na Forme: solide, liquide, gaz Nature: Uranium, Plutonium, Thorium Avec, sans Enrichissement Géométrie: tubes, plaques, sphère, etc. L’eau léger L’eau lourde Sans Cycle ouvert Cycle fermé 4

Small Modular Reactors Objectif du stage Couplage du modèle neutronique et d’épuisement du combustible pour un cœur d’un SMR. Small Modular Reactors PWR: FBNR PHWR: AHTR HTR: PMBR RNR : 4S Modérateur Caloporteur Combustible Gestion du combustible Eau ,CO2, He Pb, Na Forme: solide Nature: Uranium, Plutonium Avec enrichissement (20%) Géométrie: disques ou cylindres L’eau léger L’eau lourde Sans Cycle ouvert Cycle fermé 5

Méthodologie de l’étude Etape 1 Etape 2 Etape 3 Etablissement du couplage entre le modèle d’épuisement et l’étude préconception. Développer un schéma de calcul sous Dragon. Valider le modèle utilisé par des méthodes Monte-Carlo. 6

Schéma de calcul: Dragon Géométrie (GEO) 1D ,2D, 3D Ligne d’intégration (NXT) Autoprotection (USS), (SHI) Méthode (ASM) Pij, MC Flux (FLU) Bibliothèque de données nucléaires Jeff 3.1 à 281 groupes Bibliothèque (LIB) Modèle D’épuisement (EVO) Edition des résultats (EDI) 7

Design 1 d c Réflecteur 𝑅 𝑟𝑒𝑓 a Helium L Réflecteur Combustible fissile 𝑅 𝑐 Helium Vue axiale Réflecteur b Combustible fertile 𝑅 𝑓 Helium 8

Design 1-bis d c Réflecteur 𝑅 𝑟𝑒𝑓 a Helium L Helium Réflecteur Vue axiale Combustible fertile b Combustible fissile 9

Résultats Design 1 Design 1-bis 10 Longueur 255 cm Rayon partie combustible 80 cm (Alternance fissile et fertile) 60 cm (partie fissile) et 20cm (partie fertile) Rayon partie reflecteur 20 cm Épaisseur des disques 10 cm Épaisseur réflecteur 50 cm Nombre de disques 18 Burn Up 33000 MWj/t  Enrichissement Disque 20%   10

Résultats Résultats neutroniques Design 1 Design 1-bis Keff début de vie 0,9083427 1,099086 Keff aprés évolution 0,8982616 1,053882 Perte de réactivité 1008,11 4520,4 Densité d'atome fissile au début de vie (U5) (1E24/cm3) 4,83E-03 Densité d'atome fissile après évolution (U5) (1E24/cm3) - 4,1304E-04 Surgénération Non 11

Résultats Design 1 Design 1-bis 12 Longueur 340 cm Rayon partie combustible 80 cm (Alternance fissile et fertile) 60 cm (partie fissile) et 20cm (partie fertile) Rayon partie reflecteur 20 cm Épaisseur des disques 40 cm Épaisseur réflecteur 50 cm Nombre de disques 8 Burn Up 33000 MWj/t  Enrichissement Disque 20%   12

Résultats Résultats neutroniques Design 1-bis Design 1 Keff début de vie 0,9368877 1,093429 Keff aprés évolution 0,9099928 1,047324 Perte de réactivité (pcm) 2689,49 4610,5 Densité d'atome fissile au début de vie (U5) (1E24/cm3) 4,83E-03 Densité d'atome fissile après évolution (U5+Pu9) 4,4119E-03 4,41696E-03 Surgénération Non 13

Design 2 d c Réflecteur 𝑅 𝑟𝑒𝑓 a Helium L Helium Réflecteur mobile b Vue axiale Combustible Combustible 14

Bilan et perspective Simplifier le modèle 3D en passant à un modèle 2D. Essayer d’autres pistes au niveau du combustible. 15

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