Ce sujet de stage se situe dans le cadre de la simulation de la physique des réacteurs. La physique des réacteurs étudie les interactions entre les neutrons et la matière dans un réacteur nucléaire. Cette interaction se produit lorsqu’un neutron entre en collision avec un noyau. En général, le réacteur nucléaire est un équipement complexe composé de différents éléments géométriques faits de divers matériaux. La distribution des neutrons dans un réacteur nucléaire est prédite par la résolution de l’équation de transport en trois étapes : d’abord la préparation des sections efficaces, suivie par le calcul du flux dans le réseau des crayons combustibles afin de produire les sections efficaces effectives homogénéisées par cellule ou par assemblage, et à la fin un calcul de cœur avec les sections efficaces homogénéisées.

Dans les réacteurs à neutrons rapides ou thermiques, les neutrons produits par fission à haute énergie (autour de 2 MeV) sont ralentis à une énergie plus basse par des réactions nucléaires de diffusion. Aux énergies situées entre 100 keV et 1 eV, à cause des résonances des noyaux lourds et intermédiaires, l’absorption résonante devient prédominante. Ces absorptions entraînent des dépressions locales du flux des neutrons en espace et en énergie, en particulier dans un réacteur thermique. À ce jour, l’utilisation de l’approximation multigroupe en énergie reste nécessaire dans la résolution numérique de l’équation de transport, en raison de la limitation en mémoire et en temps de calcul des ordinateurs actuels. Il est essentiel de calculer des sections efficaces moyennes, aussi appelées les sections efficaces auto-protégées, sur les domaines d’énergie contenant des résonances. Ces calculs, connus sous le nom de calculs d’autoprotection, ont un impact direct sur la précision de la simulation et par conséquence sur les taux de réactions et les concentrations isotopiques.

Pour le calcul de réseaux des réacteurs à eau légère (REL), APOLLO3® est équipé de deux techniques de l’autoprotection : la méthode du flux de structure fine traditionnelle et la nouvelle méthode des sous-groupes avec SPH (super-homogénéisation) basée sur la technique de cellules équivalentes en facteur de Dancoff. Pour calculer un réacteur avec les contre-réactions thermiques et avec l’évolution du combustible au sein d’un crayon, ces méthodes adoptent actuellement une méthode approximative relative aux profils de température et de composition isotopique, qui pourrait introduire d’erreurs importantes. De nouvelles méthodes sont en cours de développement dans le code APOLLO3® afin d’en améliorer le traitement.