Description du projet
Nouveaux éléments combustibles pour les réacteurs nucléaires à eau légère: modélisation multi-échelle et multi-physique
Les réacteurs à eau légère utilisent de l’eau normale à la fois comme liquide de refroidissement et comme modérateur de neutrons qui réduit la vitesse des neutrons très rapides. Plus de 80 % des centrales nucléaires de la planète utilisent ces réacteurs. Étant donné qu’ils sont intégrés dans un bouquet énergétique plus varié, il est nécessaire de mener des simulations approfondies des éléments combustibles, dans lesquels ont lieu les fissions, afin de garantir la sûreté des réacteurs dans ces nouvelles conditions et d’élaborer de nouveaux concepts de combustibles dotés d’une meilleure tolérance aux accidents. Le projet OperaHPC, financé par l’UE, développera des outils ouverts en ayant recours au calcul à haute performance pour permettre une simulation thermomécanique 3D, haute fidélité et multi-échelles des éléments combustibles qui tiendra compte de la microstructure du matériau. Ces outils permettront le développement de jumeaux numériques, c’est-à-dire des représentations virtuelles qui se comportent comme leurs homologues du monde réel, afin de faire progresser l’étude de nouveaux éléments combustibles.
Objectif
Increasing further the safety of light water nuclear reactors in the new operating conditions induced by their integration in a more varied energy mix brings many new challenges for fuel development. This calls for effective and validated tools enabling one to capture the complexity of the behaviour of fuel elements under various operation conditions from nominal to design basis accident ones.. The objective of the OperaHPC proposal is to develop open tools using High Performance Computing (HPC) enabling a full 3D high-fidelity thermo-mechanical simulation of the fuel element including the material microstructure. This will contribute to the design of so-called fuel element digital twins. This development includes an ambitious basic research program devoted to the investigation of non-linear mechanical behaviour of irradiated fuel using multiscale experiments and simulations from the atomic scale up to the material law. This will yield the detailed description of the in-pile behaviour of the fuel element and the materials data necessary for the simulation. The tools developed will be assessed against state-of-the-art 1D/3D fuel performance codes for verification, definition of boundary conditions and coupling with neutronic, thermochemical and thermohydraulic codes. Validation and uncertainty analyses will also be performed through the comparison of the results of the 3D simulations with the experimental data available from irradiation programs. The knowledge from these advanced simulations will be transferred to industrial fuel performance codes thanks to the application of new methods based on reduced order and meta models, including Artificial Intelligence. The HPC tools will finally be applied to the detailed evaluation of innovative fuel element concepts, including (enhanced) accident tolerant fuels, under transient conditions in several light water reactor designs.
Champ scientifique
- natural sciencescomputer and information sciencesartificial intelligence
- engineering and technologyenvironmental engineeringenergy and fuelsnuclear energy
- engineering and technologyelectrical engineering, electronic engineering, information engineeringelectronic engineeringcomputer hardwaresupercomputers
- natural sciencescomputer and information sciencescomputational sciencemultiphysics
- natural sciencescomputer and information sciencessoftwaresoftware applicationssimulation software
Mots‑clés
Programme(s)
Thème(s)
Régime de financement
EURATOM-RIA - EURATOM Research and Innovation ActionsCoordinateur
75015 PARIS 15
France
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Participants (13)
28040 MADRID
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75008 Paris
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00196 Roma
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92400 Courbevoie
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LT-44403 Kaunas
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55100 Lucca
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L’entreprise s’est définie comme une PME (petite et moyenne entreprise) au moment de la signature de la convention de subvention.
20133 Milano
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44122 Ferrara
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250 68 Husinec Rez
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56126 Pisa
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02150 Espoo
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100 44 Stockholm
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1049 Bruxelles / Brussel
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Partenaires (4)
Les organisations partenaires contribuent à la mise en œuvre de l’action, mais ne signent pas la convention de subvention.
5232 Villigen Psi
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1015 Lausanne
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LL57 2DG Bangor
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WA3 6AE Warrington
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