Physique Neutronique 2020

La neutronix, science des chocs élastix ! ..

(d'après une parodie antinucléaire suisse, 1982)

L'après-cours de Neutronique, mode d'emploi

(ou "y a-t-il une vie après le cours ? ...")

Enseignant : Alexis Nuttin

• Le cours est une synthèse actuelle et compacte, disponible nulle part ailleurs

  • Prendre des notes il faut

  • Poser des questions vous pouvez

• L'après-cours est un travail personnel de vérification et d'approfondissement

  • D'abord relire ses notes (avant le prochain cours)

  • Puis les compléter (et les corriger) à l'aide de ce site

  • Si besoin poser des questions à l'enseignant par e-mail

• L'examen sera un problème basé à la fois sur le cours et sur l'après-cours

Bibliographie

Principale référence, très connue : Introduction to NUCLEAR REACTOR THEORY de Lamarsh

En anglais certes, mais extrêmement claire (cliquez sur le lien ci-dessus pour le pdf complet)

De bons compléments sont le célèbre NUCLEAR REACTOR ANALYSIS (Duderstadt & Hamilton)

et le dernier ouvrage de Lamarsh : Introduction to Nuclear Engineering (Chap. 5 et 6 surtout)

Une autre référence est la Physique des Réacteurs Nucléaires de R. Barjon

Plus compliquée (et détaillée) certes, mais en français (à consulter à la bibliothèque)

C'est le cours des 70's et 80's au Génie Atomique de Grenoble (ancêtre du GEN)

Il vous faut au moins lire son excellente introduction historique (de 1932 à 1942)

Dernière référence que je vous conseille : La Neutronique (monographie du CEA)

L'état de l'art (numérique) aujourd'hui (pdf en bas de page pour chaque chapitre)

On peut éventuellement jeter un oeil au(x) Précis (et Traité) de Neutronique de P. Reuss

(mais de préférence sur quelques aspects particuliers seulement, comme avec le Barjon)

Ces ouvrages (et quelques autres) sont disponibles à la bibliothèque : allez-y (dès que possible), c'est gratuit !

Avant-propos et objectif global : pour une maîtrise de la "simplicité" en neutronique

La physique neutronique est, avec la thermohydraulique (entre autres), un pilier de la physique des réacteurs. C'est une physique éminemment "multi-échelle" (au moins 15 ordres de grandeur entre les extrema, tant en espace qu'en temps ou en énergie). Tout cela implique une certaine complexité, à la fois dans la théorie et dans les moyens de l'utiliser pour faire des prédictions. Certaines écoles prônent la recherche d'une précision maximale et, de fait, s'orientent vers le détail théorique et les méthodes - en développement continu depuis les années 40 - les plus sophistiquées (qu'elles soient déterministes i.e. basées sur la résolution numérique d'équations différentielles par discrétisation, ou stochastiques i.e. basées sur l'échantillonnage d'histoires individuelles de neutrons). En privilégiant les modèles et méthodes de résolution les plus simples possible (une fois fixée la précision recherchée), notre approche se veut complémentaire : il s'agit d'apprendre à utiliser des outils de base (mis au point autour de l'approximation dite "de la diffusion") à bon escient, sans s'interdire de recourir à des techniques plus complexes si besoin. Cette approche n'est pas nouvelle, elle était déjà mise en avant dès 1958 par Weinberg & Wigner dans leur ouvrage fondateur Physical Theory of Neutron Chain Reactors : "We believe strongly that only when there is a true understanding of the physical and analytical basis of a reactor calculation can the machine be used to full effect". Autrement dit, la maîtrise des approximations et méthodes les plus élémentaires reste aujourd'hui un pré-requis indispensable à l'utilisation et l'interprétation correctes des codes de simulation. Et cette maîtrise est précisément l'objectif principal (et ambitieux) de ce cours.

Bases théoriques

Part. I - Les pré-requis essentiels : des réactions nucléaires jusqu'au réacteur

Chap. 1 - Quelques notions de physique nucléaire

Chap. 2 - Quelques notions de physique des réacteurs

Part. II - Les équations de base : du transport détaillé à l'approximation de la diffusion

Chap. 3 - Simplification progressive de l'équation du transport

Chap. 4 - Premières utilisations de l'équation de la diffusion (et TD1)

Part. III - Les modèles du ralentissement : du choc élémentaire au couplage entre énergie et espace

Chap. 5 - Théorie simplifiée du ralentissement des neutrons (et TD2)

Chap. 6 - Calcul de la distribution énergétique (sans puis avec absorption résonnante)

Chap. 7 - Calcul simplifié de la distribution spatiale, notions sur le couplage avec l'énergie

Méthodes de calcul

Part. IV - L'approche analytique : de la notion de criticité au calcul en diffusion de cœurs simples

Chap. 8 - Principes de calcul en diffusion d'un système critique sphérique (et TD3)

Chap. 9 - Généralisation à d'autres géométries et à plusieurs zones homogènes (et TD3 bis)

Part. V - Vers la simulation numérique : des raffinements de la diffusion au retour nécessaire à des calculs en transport

Chap. 10 - Approximation multigroupe et raffinement énergétique

Chap. 11 - Raffinements spatiaux et outils de calcul associés (et TD4)

Chap. 12 - Retour au transport et méthodes de simulation (et TD5)