Hyper

Aug 08, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12711 (2023) Citer cet article

Détails des métriques

L'épuisement hyper-fidélité (HxF) des réacteurs à lit de galets (PBR) est la capacité de modéliser l'épuisement de chaque galet tout en tenant compte du mouvement à travers le cœur. Les travaux antérieurs de HxF ont démontré la faisabilité d’épuiser simultanément des centaines de milliers de cailloux stationnaires dans des délais raisonnables. Ce travail illustre la deuxième étape vers HxF, couplant l'épuisement avec un schéma de mouvement discret. Le modèle suppose un lit ordonné avec des cailloux occupant des positions fixes. Le mouvement est simplifié et discret puisque les cailloux se déplacent en lignes droites d'une position définie à une autre. La méthodologie a été implémentée dans Serpent 2, combinée à ses capacités de transport et d'épuisement. Des routines ad hoc ont été développées pour garantir la compatibilité avec la décomposition du domaine et la recirculation des galets après chaque passage, en fonction des critères de décharge et de l'insertion de galets frais. Les capacités de HxF avec un mouvement discret sont démontrées à l'aide d'un modèle de réacteur refroidi au gaz à haute température à grande échelle. Plus précisément, une approche de l'équilibre est réalisée et des exemples de résultats sont présentés pour les cailloux contenus dans la carotte et rejetés. Les données illustrent comment HxF fournit des informations uniques sur le combustible PBR, produisant des informations sur les distributions statistiques plutôt que sur les valeurs moyennes uniquement, telles qu'obtenues par les méthodes traditionnelles qui s'appuient sur le zonage spectral pour l'épuisement. La connaissance de ces distributions peut grandement améliorer l'analyse et l'évaluation des PBR.

L'épuisement hyper-fidélité (HxF) des réacteurs à lit de galets (PBR) est défini comme la capacité de modéliser l'épuisement de chaque galet individuel tout en tenant compte de son mouvement à travers le cœur. Cela représente un changement de paradigme dans la résolution des défis associés à l’épuisement des lits de galets. Une longue description de ces défis et de la manière dont ils ont été traités auparavant est fournie dans un article antérieur démontrant la faisabilité informatique de HxF1,2. Pour être complet, un bref résumé est fourni ici. Étant donné que la taille d'un galet est petite par rapport à la longue longueur de diffusion des neutrons dans un modérateur en graphite, le spectre des neutrons dans chaque galet n'est pas auto-déterminé, mais dépend plutôt fortement du contenu des galets adjacents. En raison de la recirculation et du ravitaillement continus des galets, la teneur en combustible des galets adjacents peut différer considérablement car leurs taux de combustion sont très différents et ne sont pas connus a priori. Un simple processus itératif n’est pas viable car un noyau PBR typique contient quelques centaines de milliers de cailloux ; par conséquent, les outils antérieurs ont relevé ce défi en divisant le cœur en macrozones (chacune contenant des dizaines de milliers de cailloux), au sein desquelles une composition uniforme du combustible, donc un spectre neutronique, est supposée3,4,5,6. Ces approches ne sont capables que de fournir le comportement moyen des galets et manquent de vérification des simplifications qu’elles introduisent. HxF, au contraire, résout chaque caillou indépendamment, ce qui signifie qu'il peut fournir des distributions détaillées de quantités d'intérêts telles que la combustion, la puissance et la température. Comme les limites d'un système de réacteur sont souvent évaluées sur la base de valeurs extrêmes plutôt que moyennes (par exemple, puissance maximale par particule de combustible, température maximale du combustible, etc.), les données générées par HxF devraient améliorer considérablement notre capacité à évaluer l’exploitation sûre des PBR. De plus, cette méthode à plus haute résolution peut servir de vérification pour les méthodes traditionnelles de zone spectrale.

L'objectif ultime de HxF est d'intégrer la modélisation par éléments discrets (DEM) pour un mouvement réaliste des galets, le transport de neutrons de Monte Carlo pour la distribution d'énergie et les calculs de consommation de carburant pour chaque galet, ainsi qu'un modèle thermohydraulique pour déterminer la distribution de température. Afin d’atteindre cet objectif ambitieux, plutôt que de mettre en œuvre toutes les parties en une seule tentative, une approche progressive a été adoptée. La première étape consistait à démontrer la faisabilité d’épuiser un grand nombre de matériaux dans un délai raisonnable sans recourir aux supercalculateurs. Il a été prouvé1,2 qu'il est possible d'épuiser jusqu'à 0,5 million de galets simultanément en utilisant des ressources informatiques relativement limitées et dans un délai de cinq à dix jours. Plus important encore, il a été démontré que HxF est un outil puissant pour améliorer notre compréhension des PBR en révélant des informations précieuses sur le comportement du combustible et du réacteur, telles que les pics de puissance et la répartition du taux de combustion à la décharge, qui ne seraient autrement pas disponibles avec les outils traditionnels. Enfin, même si HxF ne convient pas à une analyse rapide de la portée, il constitue un instrument de vérification pour les outils de moindre fidélité.