Development of a hybrid simulation approach for dose rate calculations in nuclear reactor dismantling operations - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Development of a hybrid simulation approach for dose rate calculations in nuclear reactor dismantling operations

Développement d’une approche de simulation hybride pour les calculs de débits de dose dans les opérations de démantèlement de réacteurs nucléaires

Résumé

The radiation protection studies carried out as part of the clean-up and dismantling operations of nuclear installations constitute the general context of the thesis. The main goal of this thesis is to develop a new calculation tool, on CEA's reference Monte Carlo code TRIPOLI-4®, with the purpose of reducing computation times for radiation shielding calculations in complex geometries. This will provide an alternative solution approach for problems that are difficult to treat with deterministic methods, while still retaining an advantage in terms of computation time with respect to classic Monte Carlo calculations. This new tool, called exponential track-length estimator (e-TLE), is inspired by the one developed in the code GEANT4 for medical applications. The thesis is organized as follows. In Part I, the main theoretical notions required to understand the scope of the thesis are introduced. Chapter 1 is devoted to the problem of particle transport, with an in-depth look to how the problem is usually treated in the nuclear field and, most notably, a presentation of deterministic and stochastic approaches. Chapter 2 demonstrates these approaches by applying them to the solution of a simple mathematical problem. Part II focuses on the limits of traditional deterministic and stochastic approaches when dealing with particular geometries. In Chapter 3, some of these problematic configurations are presented. Chapter 4 tackles the problem of acceleration techniques for Monte Carlo simulations, by giving a broad presentation of the most important ones and ultimately focusing on the code used in this work, TRIPOLI-4®.Finally, Part III presents the bulk of the work, the development of the e-TLE. In Chapter 5, the estimator is described both from a theoretical point of view and from a practical one, with its implementation in TRIPOLI-4®. Chapter 6 and Chapter 7 introduce two slightly different versions of the algorithm, optimized respectively for local and global dose computations. Conclusions and future perspectives of this research and development work are resumed in the final section of the document.
Les études de radioprotection menées dans le cadre des opérations d'assainissement et de démantèlement d'installations nucléaires constituent le contexte général de la thèse. L'objectif de cette thèse est de développer un nouvel outil de calcul dans le code de transport Monte Carlo CEA de référence, TRIPOLI-4®, pour les études Monte Carlo, afin d’en améliorer l’efficacité dans les calculs de radioprotection dans les cas de configurations complexes. Cet outil pourra ainsi constituer une approche alternative pour des configurations difficiles à traiter par des calculs déterministes d’atténuation avec facteur de "buildup", tout en préservant un avantage en termes de temps de calcul par rapport aux calculs Monte Carlo classiques. Ce nouvel outil, dénommé "exponential track-length estimator" ("e-TLE"), est inspiré de celui développé dans le code GEANT4 pour les calculs relatifs aux applications médicales. Le manuscrit de thèse est organisé comme suit. Dans une première partie, on introduit les principales notions théoriques nécessaires à l'appréhension du champ de la thèse. Le premier chapitre est dédié au problème du transport des particules, avec une attention particulière portée sur son traitement dans le champ du nucléaire selon les deux types d'approches déterministe et stochastique. Le deuxième chapitre offre une démonstration pratique de ces deux approches avec la solution d'un problème simplifié. La deuxième partie est consacrée aux limitations actuelles des approches déterministe et stochastique pour traiter les problèmes de radioprotection dans des configurations complexes. Le chapitre trois présente quelques-unes de ces configurations problématiques. Le chapitre quatre introduit les principales techniques d’accélération implémentées dans des codes Monte Carlo avec un focus fait sur le code TRIPOLI-4®. Enfin, la troisième partie est dédiée à la partie essentielle du travail de thèse, à savoir le développement de l'estimateur e-TLE. Le cinquième chapitre présente ainsi l'estimateur du point de vue théorique et pratique, avec sa dérivation mathématique et des détails sur son implémentation dans le code TRIPOLI-4®. Les deux derniers chapitres introduisent deux versions différentes de l'estimateur, optimisées respectivement pour des calculs de dose locales et globales. La dernière section résume les conclusions et perspectives futures du travail de recherche et développement réalisé.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03641287 , version 1 (14-04-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03641287 , version 1

Citer

Ettore Guadagni. Development of a hybrid simulation approach for dose rate calculations in nuclear reactor dismantling operations. Modeling and Simulation. Université Paris-Saclay, 2022. English. ⟨NNT : 2022UPASP003⟩. ⟨tel-03641287⟩
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