École Nationale Supérieure de
Techniques Avancées

Résumé

Mon stage de fin d’étude d’ingénieur valant pour l’ENSTA Paris comme pour l’INSTN (Génie Atomique), s’est déroulé entre avril et septembre 2023 à la JAEA (Japan Atomic Energy Agency) à Tokai-Mura, au Japon. Mon tuteur était Dr. TADA Kenichi. Comme les codes de simulation neutronique ont besoin de base de données nucléaires évaluées pour représenter la réalité, la JAEA développe la sienne : JENDL (Japanese Evaluated Nuclear Data Library). Le but du stage est de participer à la validation de sa dernière version : JENDL-5, parue en décembre 2021. Pour cela, elle a été comparée avec sa version précédente : JENDL-4, sur un lot d’expérience de criticité idéalisée de l’ICSBEP (International Criticality Safety Benchmark Evaluation Project) appelés « benchmarks ». Ce lot de 123 benchmarks a été choisi car utilisé par les Européens pour valider la base de données nucléaire JEFF (Joint Evaluated Fission and Fusion). Ces benchmarks ont été simulés avec MVP : un code Monte Carlo japonais. La première partie du travail était de comparer les simulations utilisant JENDL-4 ou JENDL-5 avec l’expérience (benchmark). Des fichiers d’entrée pour MVP pour chacun des 123 benchmark ont été créés avec JENDL-4 et avec JENDL-5, et testés. Pour améliorer la comparaison mais en gardant un temps de calcul raisonnable, la précision des différentes simulations a été nivelée. La comparaison utilisant l’indice χ^2 a montré que la nouvelle base de données : JENDL-5 simule plus précisément les 123 benchmarks que la version précédente : JENDL-4. Des études annexes ont été conduites sur les nouvelles références de nuclides introduites par JENDL-5 : l’Oxygène-dans-H2O et les différentes porosités de graphite. L’influence de la référence Oxygène-dans-H2O est suffisant pour que son utilisation soit désormais jugée nécessaire. Une fois que JENDL-5 a été validée plus précise, nous voulions savoir quels et de combien les nucléides étaient responsables de l’amélioration des résultats entre JENDL-4 et JENDL-5. La contribution de chaque nuclide a été mesurée en modifiant un par un les références des nuclides de JENDL-5 à JENDL-4. Si le résultat de la simulation était différent, cela signifiait que les données nucléaires du nucléide étudié avaient bien changées entre les 2 bibliothèques. L’envergure de la modification des résultats nous donnait une idée de l’importance du nuclide. Les modifications individuelles résultant du changement d’un unique nucléide étaient sommées et comparées à la simulation les changeant tous ensemble. Cela a permis de s’assurer qu’aucun nuclide majeur n’ait été oublié. Le choix des nuclides à traiter était crucial. A la fin de l’étude, une liste de nuclides responsables de la quasi-totalité de l’amélioration des résultats a été établie. Des études spéciales ont été menées sur les impuretés et sur la vérification statistique des résultats d’une simulation Monte Carlo. L’estimation de l’impact de chaque nuclide a été vérifiée par une approche indépendante : une analyse de sensitivité, dans la troisième et dernière partie du stage. Cette nouvelle estimation de l’importance de chaque nuclide était basée sur leurs sections-efficaces et leurs sensitivités. La sensitivité estime pour un benchmark l’impact sur le k-effectif de la modification d’une section efficace. La sensitivité est définie pour chaque benchmark, par nuclide, réaction et groupe d’énergie. Cette approche indépendante a validé les résultats de l’estimation précédente. En d’autres mots, ce stage était de la validation de données nucléaires, en représentant un lot d’expérience, avec un code de simulation neutronique, et en comparant leur résultat avec l’expérience (partie I), avec des simulations similaires mais sur des jeux de données différents (partie I & II) et avec un autre type de simulation (partie III). Ce stage assez exploratoire a mené à plusieurs pistes pour continuer le travail : à des méthodes pour estimer l’effet du spectre, à des méthodes pour utiliser les données extraites dans ce stage pour conseiller des modifications de section-efficaces, ou encore à une étude sur les nucléides dont la référence de leur forme chimique n’existe pas encore.