Computation of Neutron Fluxes in Fuel Pins Arranged in Hexagonal Lattices
Hem Prabha Raghav · PolyPublie (École Polytechnique de Montréal) · 2012
Pour comprendre le comportement d'un réacteur nucléaire, une description détaillée de la population de neutrons (flux de neutrons) dans le coeur est requise.Le coeur du réacteur nucléaire peut être représenté par un réseau répétitif de cellules unitaires.Chaque cellule de ce réseau se compose soit d'un crayon de combustible unique ou d'un groupe de crayons entourés par le modérateur.Ces cellules peuvent être disposées pour former un réseau cartésien ou hexagonal, en fonction du type de réacteur nucléaire.Comme la majorité des réacteurs actuels (réacteurs à eau pressurisée, bouillante et CANDU) possèdent un réseau ayant un pas carré, le module NXT de DRAGON qui permet d'analyser de tels réseaux de cellules s'est avéré jusqu'à présent adéquat.Cependant, pour les réacteurs avancés qui sont déjà sur la table de dessin, les cellules sont plutôt disposées sur un réseau hexagonal.La possibilité de procéder à de telles analyses en utilisant DRAGON est cependant assez limitée, car le module NXT ne permet pas pour le moment d'analyser des réseaux hexagonaux alors que le type de géométries hexagonales pouvant être traitées par le module EXCELT est très limité et mal adapté aux nouveaux réacteurs.Ici, nous proposons de généraliser le module NXT afin de permettre l'analyse de réseaux de cellules hexagonales.Nous avons utilisé la méthode des probabilités de collision de Carlvik pour effectuer les calculs de transport requis pour déterminer la distribution spatiale de flux dans un assemblage.Cette méthode permet de prendre en compte les détails géométriques exacts d'une cellule réacteur en deux et trois dimensions.Elle requiert un algorithme de quadrature numérique des probabilités de collision.Cet algorithme est basé sur une méthode de traçage de lignes d'intégration et il peut être appliqué facilement à un assemblage de cellules hexagonales.Afin d'atteindre nos objectifs, nous avons premièrement développé, en FORTRAN, notre algorithme de traçage de lignes d'intégration pour des géométries hexagonales en deux dimensions.Après l'évaluation de la longueur de chaque segment de droite croisant une région spécifique de la cellule en deux dimensions, nous avons développé une technique qui permet de reconstruire ces segments de droite dans la troisième dimension.Tout ce travail a été programmé dans le module NXT du code DRAGON.Le choix de ce module réside dans sa capacité de combiner automatiquement aux segments de droites provenant de géométries hexagonales ou cartésiennes ceux associées à des géométries cylindriques ou de grappes en deux et trois dimensions (déjà disponible dans NXT), à la condition que ces cylindres et grappes soient complètement inclus dans une cellule.Pour valider notre méthode de traçage de lignes d'intégration, les réseaux suivants ont été analysés : a) cellules hexagonales contenant des sous-régions cylindriques en 2D et 3D.v b) réseau de sept cellules hexagonales chacune contenant des sous-régions cylindriques en 2D et 3D.c) cellule hexagonale contenant des sous-régions cylindriques en plus de grappes de crayons de combustibles 2D et 3D.Les résultats de ces analyses sont ensuite comparés, lorsque possibles, à ceux obtenus en utilisant le module EXCELT de DRAGON.Les lignes d'intégration sont également vérifiées indépendamment en utilisant l'option de DRAGON permettant de préparer un fichier qui peut être utilisé par Matlab pour illustrer ces lignes.Cet exercice a démontré que le module NXT peut analyser des réseaux hexagonaux de cellules contenant des sous-régions annulaires et des grappes de combustible.vi