Improvement of the thermal and epithermal neutron scattering data for the interpretation of integral experiments
Amélioration des données neutroniques de diffusion thermique et epithermique pour l’interprétation des mesures intégrales
Résumé
In the present report it was studied the neutron thermal scattering of light water for reactors application. The thermal scattering law model of hydrogen bounded to the water molecule of the JEFF-3.1.1 nuclear data library is based on experimental measures performed in the sixties. The scattering physics of this latter was compared with a model based on molecular dynamics calculations developed at the Atomic Center in Bariloche (Argentina), namely the CAB model.
In the frame of this work, experimental measurements of the double differential cross sections were done at room temperature. The new microscopic data were used to analyze the performance of the CAB model and JEFF-3.1.1. The CAB model exhibits an improvement over JEFF-3.1.1.
The impact of these models was evaluated on application on reactor calculations at cold conditions. The selected benchmark was the MISTRAL program (UOX and MOX configurations), carried out in the zero power reactor EOLE of CEA Cadarache (France). The contribution of the neutron thermal scattering of hydrogen in water was quantified in terms of the difference in the calculated reactivity and the calculation error on the isothermal reactivity temperature coefficient (RTC).
For the UOX lattice, the calculated reactivity with the CAB model at 20 °C is +90 pcm larger than JEFF-3.1.1, while for the MOX lattice is +170 pcm because of the high sensitivity of the thermal scattering to this type of fuels. In the temperature range from 10 °C to 80 °C, the calculation error on the RTC is -0.27 ± 0.3 pcm/°C and +0.05 ± 0.3 pcm/°C obtained with JEFF-3.1.1 and the CAB model respectively (UOX lattice). For the MOX lattice, is -0.98 ± 0.3 pcm/°C and -0.72 ± 0.3 pcm/°C obtained with the JEFF-3.1.1 library and with the CAB model respectively. The results illustrate the improvement of the CAB model in the calculation of this safety parameter.
Finally, the uncertainties on the thermal scattering data were quantified creating covariance matrices between the parameters of the CAB model and the JEFF-3.1.1 library. The uncertainties were propagated to produce covariance matrices for the thermal scattering function and for the scattering cross section of hydrogen bounded to the light water. The uncertainty on the calculated reactivity of the MISTRAL benchmark (UOX fuel) is ±125 pcm for JEFF-3.1.1 and ±71 pcm for the CAB model (20 °C).
Dans ces travaux de thèse, la diffusion thermique des neutrons pour l’application aux réacteurs à eau légère a été étudiée. Le modèle de loi de diffusion thermique de l’hydrogène lié à la molécule d’eau de la bibliothèque de données nucléaires JEFF-3.1.1 est basée sur des mesures expérimentales réalisées dans les années soixante. La physique de diffusion de neutrons de cette bibliothèque a été comparée à un modèle basé sur les calculs de dynamique moléculaire développé au Centre Atomique de Bariloche (Argentine), à savoir le modèle CAB.
Dans le cadre de ce travail, des mesures expérimentales de la section doublement différentielle ont été faites à température ambiante. Les nouvelles données microscopiques ont été utilisées pour analyser la performance du modèle CAB et du JEFF-3.1.1. Le modèle CAB présente une amélioration par rapport à JEFF-3.1.1.
L’impact de ces modèles a également été évalué sur le programme expérimental MISTRAL (configurations UOX et MOX) réalisé dans le réacteur de puissance nulle EOLE situé au CEA Cadarache (France). La contribution de la diffusion thermique des neutrons sur l’hydrogène dans l’eau a été quantifiée sur le calcul de la réactivité et sur l’erreur de calcul du coefficient de température isotherme (reactivity temperature Coefficient en anglais - RTC).
Pour le réseau UOX, l’écart entre la réactivité calculée à 20 °C avec le modèle CAB et celle du JEFF-3.1.1 est de +90 pcm, tandis que pour le réseau MOX, il est de +170 pcm à cause de la sensibilité élevée de la diffusion thermique pour ce type de combustible. Dans la plage de température de 10 °C à 80 °C, l’erreur de calcul sur le RTC est de -0.27 ± 0.3 pcm/°C avec JEFF-3.1.1 et de +0.05 ± 0.3 pcm/°C avec le modèle CAB pour le réseau UOX. Pour la configuration MOX, il est de -0.98 ± 0.3 pcm/°C et -0.72 ± 0.3 pcm/°C obtenu respectivement avec la bibliothèque JEFF-3.1.1 et avec le modèle CAB. Les résultats montrent l’apport du modèle CAB dans le calcul de ce paramètre de sureté.
Enfin, les incertitudes sur les données de diffusion thermique ont été quantifiées en calculant des matrices de covariance entre les paramètres du modèle CAB et ceux de la bibliothèque JEFF-3.1.1. Les incertitudes liés aux paramètres de modèle ont été propagées afin de calculer des matrices de covariance pour la loi de diffusion thermique et pour la section efficace de diffusion de l’hydrogène lié à l’eau légère. L’incertitude sur la réactivité calculée pour MISTRAL (réseau UOX) est de ±125 pcm pour JEFF-3.1.1 et ±71 pcm pour le modèle CAB (20 °C).
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)