Développements méthodologiques et qualification de schémas de calcul pour la modélisation des échauffements photoniques dans les dispositifs expérimentaux du futur réacteur d'irradiation technologique Jules Horowitz (RJH)

David Blanchet

Abstract : The objective of this thesis is to develop the modelling of the nuclear heating of the experimental devices of the future Jules Horowitz material testing reactor (RJH). The strong specific nuclear power produced (460 kW/l) induces intense photonic fluxes which cause heating and large gradients in temperature. The design studies of the experimental devices require an accurate knowledge of these gradients. A priori, we estimate that there are large uncertainties on gamma heating calculations to about 30% (2σ). They are mainly due to the lack of knowledge about gamma emission yields and spectra and secondly come from the mismodelling of the gamma response function. In order to specify this uncertainty, a set of integral dose measurements using different kinds of TLD and a micro-ionization chamber are carried out in the UO2 core of the MINERVE research reactor. The comparison between calculated and measured integral (prompt plus delayed) gamma-ray absorbed doses in TLD shows that calculation constantly underestimates the measurement with C/E = 0.72 ± 15% (k = 2) of total uncertainties. The systematic bias observed is partially attributed to a lack of gamma-ray emission data in basic nuclear data libraries used. A Bayesian method of adjustment is developed in order to re-estimate the principal components of the gamma heating and to transpose the results obtained to the devices of the RJH. This study made it possible to reduce significantly the uncertainties on the determination of the gamma heating from 30% to 15% (2σ).

Résumé : L'objectif de cette thèse est de développer la modélisation des échauffements nucléaires au niveau des dispositifs expérimentaux du futur réacteur d'irradiation technologique Jules Horowitz (RJH). La forte puissance nucléaire spécifique produite (460 kW/l) induit des flux photoniques intenses qui provoquent des échauffements et des gradiants de température importants, qu'il est nécessaire de maîtriser dès la conception. Or, les calculs d'échauffement sont pénalisés par des incertitudes rédhibitoires estimées à une valeur enveloppe et majorante de 30% (2 sigma) provenant des lacunes et incertitudes des données d'émission gamma présentes dans les bibliothèques de données nucléaires de base. Le programme expérimental ADAPh vise à réduire ces incertitudes. Des mesures par détecteurs thermoluminescents (TLD) et par chambres d'ionisation sont réalisées dans les maquettes critiques EOLE (MOX) et MINERVE (UO2). L'interprétation rigoureuse de ces mesures nécessite des développements spécifiques basés sur des simulations Monte-Carlo de transport couplé neutron-gamma et gamma-électron. Les développements effectués se singularisent notamment par la modélisation de phénomènes de cavités et d'émissions gamma retardés par décroissance des produits de fission. Les comparaisons calcul-mesure ont permis d'identifier un biais systématique C/E=0.72 confirmant une tendance des calculs à sous-estimer la mesure. Une méthode d'ajustement Bayésienne a été développée afin de ré-estimer les principales composantes de l'échauffement gamma et de transposer les résultats obtenus aux dispositifs du RJH dans des conditions de représentativité clairement définies. Cette thèse a permis de réduire significativement les incertitudes sur la détermination des échauffements gamma de 30% à 15% (2 sigma)

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