De nouveaux calculs pour sécuriser les réacteurs nucléaires
La méthode de Monte Carlo est un outil classique pour les problèmes de transport de particules, et convient bien lorsqu'il faut modéliser en détail la géométrie et la physique. Elle est utilisée depuis des décennies pour analyser le comportement des réacteurs nucléaires, mais ses applications ont été principalement limitées par la capacité des ordinateurs. Le projet HPMC («High performance Monte Carlo reactor core analysis») élargit son utilisation au-delà de problèmes comme le blindage. Les chercheurs ont constaté qu'elle peut servir à analyser le comportement dynamique avec des calculs d'une durée raisonnable. Prenons par exemple la température ou la puissance maximale durant un scénario d'accident. La modélisation du réacteur est une tâche complexe qui associe la description détaillée du transport des neutrons à celle de la circulation du liquide de refroidissement dans le cœur du réacteur. En partant des interactions entre les neutrons et les noyaux cibles, l'étape intermédiaire est le calcul du maillage, dans laquelle la géométrie est modélisée au niveau de l'ensemble des barres de combustible. Le résultat sert d'entrée à un simulateur 3D qui donne la réponse du réacteur dans diverses conditions de fonctionnement. Grâce au code de transport Monte-Carlo à N particules (MCNP), les chercheurs ont pu obtenir la distribution spatiale de la puissance dans le réacteur, à partir d'informations sur la température et la densité du fluide de refroidissement. La distribution de puissance a alors alimenté les calculs thermo-hydrauliques pour aboutir à de meilleures estimations de la température et de la densité du fluide de refroidissement. Ces valeurs sont retournées dans la méthode Monte Carlo pour affiner la distribution de puissance. L'ajout du retour thermo-hydraulique a aussi conduit plus loin les calculs de combustion par Monte Carlo. L'utilisation du code Serpent pour ces calculs donne une idée des changements dans le carburant nucléaire irradié. Ceci permet d'étudier des systèmes nucléaires sur de longues périodes (habituellement les cycles de carburant d'un réacteur nucléaire). Les résultats ont été confirmés pour diverses géométries de cœur de réacteur. Durant tout le projet, l'accent a été mis sur l'identification de moyens pour mettre en œuvre des solutions simples, efficaces et rapides afin d'accélérer les calculs Monte Carlo. Lorsque ces calculs seront assez rapides, ils seront utilisés plus largement par les concepteurs et les opérateurs, pour résoudre des problèmes complexes de réacteurs nucléaires.
