Modèle du réflecteur axial

Cette section se base sur le canal en trois dimensions, les cellules unitaires en deux dimen- sions et le canal en une dimension décrits en détails dans les trois chapitres précédents. Les mêmes options de calcul sont utilisées sauf lorsque spécifié.

7.1.1 Définition du réflecteur axial simulé

En trois dimensions, le réflecteur axial est défini de manière exacte c’est-à-dire à partir de la géométrie réelle et des compositions isotopiques des matériaux qui le composent. Dans les plans de réflecteur, la structure du canal de combustible à haute efficacité est maintenue, mais l’espace normalement occupé par la grappe de combustible est rempli de caloporteur (ou est complètement vide dans le cas sans caloporteur). La figure 7.1 présente une coupe du réflecteur axial. Tube de force Caloporteur X Y Modérateur Isolant segmenté Revêtement perforé

Figure 7.1 Coupe du réflecteur axial

Dans le canal en trois dimensions, deux plans de réflecteur ont été ajoutés aux quatorze plans de combustible définis précédemment : l’un est placé à l’entrée et l’autre à la sortie du canal. Tous les plans de ce canal mesurent 25 cm × 25 cm × 35.71 cm. Ici, il sera supposé que les conditions (compositions, masses volumiques et températures) ne varient pas de manière significative au delà des plans de combustible. Ainsi, les conditions appliquées dans les plans de réflecteur sont les mêmes que celles trouvées dans les plans de combustible adjacents à ceux-ci (tableau 1.4 et figure 5.3).

Des conditions aux frontières de réflexion spéculaire et de vide ont respectivement été imposées sur les surfaces radiales et axiales du canal en trois dimensions avec réflecteur axial.

7.1.2 Génération des mélanges homogènes du réflecteur axial dans le canal en 1D

Dans le canal en une dimension et de manière similaire à la section précédente, deux plaques de réflecteur axial ont été ajoutées aux quatorze plaques de combustible. Toutes les plaques de ce canal ont une largeur de 35.71 cm.

En une dimension, le réflecteur est défini à partir de mélanges homogènes. Ces mélanges homogènes ne peuvent pas être générés comme ceux du combustible, c’est-à-dire à partir d’une simple cellule unitaire en deux dimensions (en l’occurrence, celle présentée à la figure 7.1), puisqu’il n’est normalement pas possible de réaliser un calcul de transport neutronique sans neutrons. En effet, la source de fission est nulle dans le réflecteur et le flux qui alimente le réflecteur est inconnu au niveau des calculs en deux dimensions. Étant donné la nature géométrique du problème, les mélanges homogènes du réflecteur axial dans le canal en une dimension devraient idéalement être générés à partir de calculs en trois dimensions. Pour ce faire, sept modèles ont été étudiés comme le présente la figure 7.2. Ces modèles contiennent un plan de réflecteur et de un à sept plans de combustible. Les plans de combustible situés dans la première moitié du canal sont utilisés dans les modèles du réflecteur à l’entrée et réciproquement, les plans de combustible situés dans la deuxième moitié du canal sont utilisés dans les modèles du réflecteur à la sortie.

X Z Y

Modèles du réflecteur à l’entrée Modèles du réflecteur à la sortie Modèle M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7

Figure 7.2 Canaux partiels en 3D étudiés pour la génération des mélanges homogènes du réflecteur axial dans le canal en 1D

Des conditions aux frontières de réflexion spéculaire ont été imposées sur les surfaces ra- diales de ces canaux partiels en trois dimensions. Axialement, des conditions aux frontières de vide ont été imposées après le plan de réflecteur et de réflexion spéculaire après le dernier plan de combustible. Les propriétés neutroniques ont été homogénéisées par plan et conden- sées à 172 groupes d’énergie. Une fois générées par SERPENT, ces propriétés ont été traitées par la fonction MacXS (section 5.2.2 et annexe B).

7.1.3 Stratégie de simulation proposée avec réflecteur axial idéal

Le principe de la stratégie de simulation proposée avec réflecteur axial idéal est illustré à la figure 7.3. Cette stratégie se divise en trois étapes ; pour un modèle M de réflecteur donné : 1. Deux calculs de canaux partiels en trois dimensions avec SERPENT, un pour l’entrée et un autre pour la sortie du canal, suivis d’une homogénéisation par plan et d’une condensation à 172 groupes d’énergie. Cette étape de calcul apparaît à la fois dans la stratégie R (R mis pour Réflecteur) et dans la stratégie R&C (R&C mis pour Réflecteur et Combustible).

2. Quatorze ou douze calculs de cellules unitaires en deux dimensions avec SERPENT suivis d’une homogénéisation par cellule et d’une condensation à 172 groupes d’énergie. La stratégie R fait appel aux quatorze cellules unitaires définies précédemment tandis que la stratégie R&C ne fait appel qu’à douze de ces cellules (les cellules mises en contact direct avec le réflecteur ne sont pas utilisées).

3. Un calcul de canal en une dimension avec réflecteur axial avec DRAGON à partir des propriétés neutroniques homogènes générées aux deux étapes précédentes suivi d’une homogénéisation par plaque et d’une condensation à 2 groupes d’énergie. Dans le cas de la stratégie R, les propriétés des plaques de réflecteur sont tirées des canaux partiels et celles de toutes les plaques de combustible sont tirées des cellules unitaires. Dans le cas de la stratégie R&C, les propriétés des plaques de réflecteur et celles des plaques de combustible mises en contact direct avec le réflecteur sont tirées des canaux partiels et celles des autres plaques de combustible sont tirées des cellules unitaires.

À la figure 7.3, les lignes pointillées dans les canaux partiels en trois dimensions reflètent le nombre variable de plans de combustible pouvant être utilisés tandis que les lignes pleines dans ces mêmes canaux montrent les propriétés homogènes tirées de ceux-ci.

X Z Y C13 X Y

Canal en trois dimensions avec réflecteur axial

Z

≡

Calculs de cellules unitaires en deux dimensions

+

Calcul de canal en une dimension avec réflecteur axial Écoulement du caloporteur

Calculs de canaux partiels en trois dimensions

+

OU

Calculs de cellules unitaires en deux dimensions Calculs de canaux partiels en trois dimensions

+

M1 R à M7 R

M1 R&C à M7 R&C

7.2 Évaluation des propriétés neutroniques des canaux de combustible avec ré-