High Conversion Water Reactors, Thorium Fuel Cycle and other Reactor Physics Studies (by simple methods)

Please find below recent publications from the CNRS/IN2P3 research program SIRIUS

(Simulation Initiative for Reactors Improving Uranium savings and Safety margins)

Our main computing tools are MURE and SMURE, developed at CNRS/IN2P3

Our philosophy for (careful and useful) research is inspired by Slow Science

Stages et thèses

Stage de Master 2 recherche (2006) de P. Guillemin : Simulations par méthodes déterministe (DRAGON) et Monte Carlo (MURE/MCNP) pour évaluer l'utilisation à court terme du thorium en CANDU

Mémoire de Thèse (2009) de P. Guillemin : Recherche de la haute conversion en cycle thorium dans les réacteurs CANDU et REP, développement des méthodes de simulation associées et étude de scénarios symbiotiques (complété par ce poster de présentation de la thèse réalisé en 2007)

Stage de Master 2 recherche (2013) de C. El Mhari : Performances des codes Monte Carlo pour le calcul de densités de puissance locales

Stage de Master 2 recherche (2015) de P. Prévot : Calcul de REA (Rod Ejection Accident) en REP par cinétique nodale et thermohydraulique couplées

Mémoire de Thèse (2018) de P. Prévot : Développement d’outils académiques pour la conception et la sûreté de réacteurs innovants, application au dimensionnement de SMR (Small Modular Reactors) refroidis à l’eau légère et chargés en thorium  (complété par ce poster de présentation de la thèse réalisé en 2016 et par ces slides de la soutenance)

Stage de Master 2 recherche (2021) de N. Buj : Analyse neutronique du démonstrateur KRUSTY dédié à la propulsion spatiale électrique et évaluation des limites du concept en termes de puissance totale et d’enrichissement, hal.science/hal-03781591 (complété par ces slides de la soutenance)

Stage de Master 2 recherche (2024) de H. Rostaing : Optimisation for the thorium fuel cycle of a D2O-cooled PWR-like SMR core with reactivity managed by Spectral Shift Control (addition of H2O in coolant or insertion of ZrH2 rods), hal.science/hal-04842190 (complété par ces slides de la soutenance)

Early works

Thorium Fuel Cycles :  a Graphite-Moderated Molten Salt Reactor vs. a Fast Spectrum Solid Fuel System, Proc. Int. Conf. GLOBAL 2001

Mémoire de Thèse (2002) : Potentialités du concept de réacteur à sels fondus (pour une production durable d’énergie nucléaire basée sur le cycle thorium en spectre épithermique)

MA and LLFP transmutation in the Gas-Cooled XADS Core (App. C), 2003

Couplage neutronique/thermohydraulique MCNP/TRIO-U, atelier GEDEPEON à Paris, 2004

Potential of Thorium Molten Salt Reactors (...), Progress in Nuclear Energy, vol. 46, pp. 77-99, 2005

Principales publications

Nuttin, A., Guillemin, P. et al., Study of CANDU Thorium-Based Fuel Cycles by Deterministic and Monte Carlo Methods, Proc. Int. Conf. PHYSOR 2006

Méplan, O., Nuttin, A., La gestion des déchets nucléaires, Images de la Physique (2006)

Guillemin, P. , Nuttin, A. et al., Feasible Ways to Achieve High Conversion in Thorium-Fueled CANDU and PWR Reactors, Proc. Int. Conf. GLOBAL 2009

Nuttin, A., Guillemin, P. et al., Comparative analysis of high conversion achievable in thorium-fueled slightly modified CANDU and PWR reactors, Annals of Nuclear Energy, 40, 171-189 (2012)

Nuttin, A., Physique des réacteurs à eau lourde ou légère en cycle thorium : étude par simulation des performances de conversion et de sûreté, mémoire d'Habilitation à Diriger des Recherches, rapport LPSC-12-143 (2012)

Nuttin, A., Capellan, N. et al., Facing Challenges for Monte Carlo Analysis of Full PWR Cores, Proc. Int. Conf. SNA+MC 2013

Nuttin, A., Eau lourde et énergie nucléaire de fission, article de vulgarisation dans l’ouvrage collectif L’eau à découvert (sous la direction d’A. Euzen, C. Jeandel et R. Mosseri), CNRS éditions (2015)

Nuttin, A., Prévot, P. et al., Validation of the minimalistic Nodal Drift Method for spatial kinetics on a simple CANDU LOCA benchmark, Annals of Nuclear Energy, 88, 135-150 (2016)

Nuttin, A., Prévot, P. et al., Validation of the Nodal Drift Method on a CANDU LOCA and First Application to the TWIGL Seed-Blanket REA, Proc. Int. Conf. ICAPP 2016

Nuttin, A., La Mer des Fissions (Jeu pédagogique tangible basé sur la méthode Monte Carlo pour le calcul du facteur de multiplication effectif d’un cœur de réacteur nucléaire à spectre rapide), note interne LPSC (2016) complétée par cette vidéo de démonstration (2018)

Prévot, P., Nuttin, A. et al., Enhancements to the Nodal Drift Method for a Rod Ejection Accident in a PWR-like mini-core with lumped thermal model, Annals of Nuclear Energy, 101, 128–138 (2017)

Prévot, P., Nuttin, A. et al., Preliminary Design Studies by a Complete Academic Simulation Toolbox of a Water-Cooled Thorium-Fueled Small Modular Reactor Core, Proc. Int. Conf. GLOBAL 2017

Nuttin, A., Capellan, N. et al., Study of D2O/H2O-cooled thorium-fueled PWR-like SMR cores using the KNACK toolbox: conversion and safety assessment, Proc. Int. Conf. ICAPP 2019

Nuttin, A., Simple lumped thermal model of a typical Oklo core for conversion of initial poison reactivity into long-term average temperature curve, note LPSC-19-03, hal.in2p3.fr/in2p3-03612262 (2019)

Nuttin, A. et al., Development and dual validation on a transient inspired by KRUSTY of the sNDM diffusion method for easy, MC-based, core analysis, Annals of Nuclear Energy, Volume 180, Article 109469, 16 pages (2023)

Nuttin, A., Capellan, N. and Méplan, O., Bold application of sNDM to REA in a SSCR core with azimuthal mesh, rapport LPSC-24-01, hal.science/hal-04441428, 26 pages (2024)

Nuttin, A., Capellan, N. and Méplan, O., Bold application of the sNDM diffusion method to REA in a D2O/H2O-cooled thorium-fueled SMR core with azimuthal mesh, Progress in Nuclear Energy, Volume 175, Article 105344, 19 pages (2024)

Quelques présentations

Nuttin, A., Le cycle thorium en Réacteur à Sels Fondus : une solution de IVe génération ?, invité par J.-M. Jancovici dans le cadre de la réunion-débat de l'association X-Environnement "Quelles solutions pour un nucléaire durable ?", Paris (2004)

Nuttin, A., David S. et al., La physique de la transmutation, audition de la CNE (Commission Nationale d'Evaluation des recherches sur les déchets nucléaires), Paris (2008)

Nuttin, A., Physique des réacteurs à eau lourde ou légère en cycle thorium), soutenance HDR, Grenoble (2012)

Nuttin, A., Capellan, N., Facing Challenges for Monte Carlo Analysis of PWR Cores, co-présentation à la conférence SNA+MC, Paris (2013)

Nuttin, A., Study of D2O/H2O-cooled Th-fueled PWR-like SMR cores, présentation à la conférence ICAPP, Juan-les-Pins (2019) ... mise en musique "par amour du KNACK" dans la vidéo ci-dessous

Extraits de rapports d'activité du LPSC

Étude par simulation de réacteurs à eau modifiés pour la régénération en cycle thorium (rapport d'activité 2009)

Cycle thorium en réacteurs à eau : vers l’étude de la sûreté en CANDU et l’amélioration de la conversion en REP (rapport d'activité 2011)

Vers l'analyse Monte Carlo complète de réacteurs à eau en cycle thorium par neutronique couplée et cinétique nodale (rapport d'activité 2013)

Développement d’outils académiques de cinétique spatiale et de thermohydraulique appliqués à la conception de réacteurs (rapport d'activité 2015)

Premières applications des nouveaux outils de cinétique et thermohydraulique : études de conception de SMR à eau légère (rapport d'activité 2017)

De la conception de petits cœurs thoriés plus performants à la modélisation d'un démonstrateur rapide pour le spatial (rapport d'activité 2019-2021)

Dossier de candidature à l’avancement de grade (rapport d'activité 2003-2025) : partagé à l'usage des collègues plus jeunes qui seraient tentés par l'exercice du rapport d'avancement. Mais attention, ce (tout) dernier rapport n'a récolté qu'une demande de "renforcement des travaux d'intérêt général". Et "tant pis pour le reste" ... Malgré cela, enseignement et recherche (à proprement parler) restent et resteront toujours pour moi prioritaires. Et tant pis pour ce soi-disant "intérêt général" !