Study, development and evaluation of the subgroup methods based on the physical probability tables in APOLLO3® for thermal reactor calculations - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2022

Study, development and evaluation of the subgroup methods based on the physical probability tables in APOLLO3® for thermal reactor calculations

Etude, développement et évaluation des méthodes des sous-groupes basées sur les tables de probabilités physiques dans APOLLO3® pour le calcul des réacteurs thermiques

Résumé

The subgroup methods are a category of self-shielding methods based on the use of probability tables to compute group-averaged quantities. The probability tables traditionally employed in APOLLO3® lattice calculations are computed on-the-fly for a mixture of resonant isotopes by the GALILEE nuclear data processing system according to the Gauss quadrature methodology, therefore preserving the first moments of the punctual cross sections. They are called mathematical probability tables. The APOLLO3® subgroup method provides an excellent accuracy on typical LWR calculations, at the cost of a high CPU time. This expensive computational time is partly due to the online generation of mixture mathematical probability tables, limiting in practice the composition of the mixture to less than 10 resonant isotopes, and to the necessity of using a fine energy discretization of a few hundreds of groups.Another type of probability tables, called physical probability tables, preserve physical quantities characteristic of the reactor calculation, such as reference reactions rates or effective cross sections. The existing literature shows they can be employed in self-shielding calculations on large energy meshes of a few dozens of groups. This PhD aims at evaluation the subgroup method based on the physical probability tables for thermal reactor calculations in the APOLLO3® code.It was chosen to calculate reference cross sections in an infinite homogeneous medium by treating the resonant mixture as a single isotope, leading to the generation of homogeneous mixture physical probability tables. They were coupled with the APOLLO3® subgroup method, based on the resolution of the fine-structure equation using the “General Resonance” model. Numerical tests on a coarse 69 group energy structure have shown that this method was not compatible with the use of such a coarse discretization.A subgroup method based on the resolution of the elastic slowing down equation using the “Intermediate Resonance” model has been implemented in APOLLO3®. Numerical tests on increasingly complex geometries, from an infinite homogeneous medium to a 17x17 fuel-pin assembly, have yielded encouraging results, with a maximal error of a hundred pcm (10-5) on the global multiplication factor and on the multigroup reaction rates.
Les méthodes des sous-groupes sont une catégorie de méthodes d'autoprotection reposant sur l'utilisation de tables de probabilités pour calculer les grandeurs intégrées en énergie sur un maillage multigroupe. Dans le code réseau APOLLO3®, les tables de probabilités employées sont dites « mathématiques » car elles reposent sur la méthode de quadrature de Gauss, où les premiers moments des sections efficaces continues sont préservés. Elles sont calculées à la volée pour les mélanges résonants par le code de traitement de données nucléaires GALILEE. La méthode des sous-groupes d'APOLLO3® fournit d'excellents niveaux de précisions sur des calculs typiques de réacteurs thermiques, au prix d'un temps de calcul élevé. Ce coût temporel est notamment dû au calcul à la volée des tables de probabilités mathématiques de mélange, qui limite en pratique le traitement à moins d'une dizaine d'isotopes résonants, et à l'utilisation d'une discrétisation énergétique fine de plusieurs centaines de groupes.Un autre type de tables de probabilités, qualifiées de « physiques », consiste à conserver des grandeurs caractéristiques du réacteur, telles que des taux de réactions ou des sections de référence. La littérature existante montre qu'elles sont utilisées dans des méthodes d'autoprotection sur des maillages énergétiques de quelques dizaines de groupes. Le travail de cette thèse consiste à évaluer les performances de la méthode des sous-groupes basée sur les tables de probabilités physiques dans le code APOLLO3® pour le calcul des réacteurs thermiques.Il a été choisi de calculer des sections efficaces de référence en milieu homogène infini en traitant le mélange d'isotopes résonants comme isotope unique, menant ainsi à la génération de tables de probabilités physiques de mélange homogènes. Ces tables de probabilités ont été couplées à la méthode des sous-groupes d'APOLLO3®, basée sur la résolution de l'équation de structure fine grâce au modèle « Toute Résonances », et testées sur un maillage énergétique large à 69 groupes, mettant ainsi en évidence l'incompatibilité de cette méthode des sous-groupes avec une discrétisation grossière en énergie.Une méthode des sous-groupes résolvant l'équation de ralentissement élastique avec le modèle « Résonance Intermédiaire » a été implémentée dans APOLLO3®. Les tests numériques sur des géométries allant du milieu homogène infini à l'assemblage combustible montrent des résultats encourageants, avec des erreurs maximales de l'ordre de la centaine de pcm (10-5) sur le coefficient de multiplication et sur les taux de réactions multigroupes.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04005789 , version 1 (27-02-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04005789 , version 1

Citer

Emeline Rosier. Study, development and evaluation of the subgroup methods based on the physical probability tables in APOLLO3® for thermal reactor calculations. Nuclear Theory [nucl-th]. Université Paris-Saclay, 2022. English. ⟨NNT : 2022UPASP139⟩. ⟨tel-04005789⟩
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