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RÉSUMÉ
La neutronique est la branche de la physique qui traite du cheminement des neutrons dans un système et des réactions nucléaires induites par ces neutrons, en particulier les réactions de fission à l’origine du dégagement d’énergie. Après avoir introduit les notions d’effet de température, cet article traite des effets des réactions neutroniques sur le fonctionnement des réacteurs, notamment l’empoisonnement par les produits de fission, puis l’évolution des noyaux lourds. Pour terminer, un aperçu sur les méthodes de calcul de la neutronique est apporté, dont le traitement de l’équation de Boltzmann.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Paul REUSS : Professeur à l’Institut national des sciences et techniques nucléaires, commissariat à l’énergie atomique
INTRODUCTION
Ce document constitue la suite du dossier « Bases de neutronique. Migration des neutrons ».
Dans le dossier BN 3014, les aspects physiques du cheminement des neutrons dans la matière ont été présentés. Ce cheminement se fait selon les sept variables de l’équation de Boltzmann : les trois variables d’espace (diffusion), les trois composantes de la vitesse (ralentissement, thermalisation) et le temps (cinétique).
Dans le présent document, les effets des réactions neutroniques sur le fonctionnement des réacteurs seront examinés, et un éclairage sur les méthodes de calcul de la neutronique sera apporté.
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5. Notions sur les calculs de neutronique
Les aspects assez qualitatifs et les formules simples que nous avons présentés – par exemple les formules des facteurs p, f et n ([ donnent une image en partie fausse de la neutronique : pour ses spécialistes, en effet, c’est une branche de la physique utilisant massivement l’informatique scientifique. Même si le sens physique et la notion des ordres de grandeur sont restés absolument nécessaires, il faut reconnaître que le développement et l’utilisation des codes de calcul sont devenus l’activité principale des neutroniciens. Il n’est évidemment pas possible dans le cadre qui nous est imparti de développer cet aspect. Cependant, il nous semble utile d’en dire quelques mots pour terminer de façon à donner au lecteur un aperçu des principes généraux mis en œuvre et des préoccupations des chercheurs, ingénieurs et techniciens œuvrant dans ce domaine.
Il peut arriver qu’on ait à traiter des situations cinétiques, notamment pour les études de scénarios accidentels. Mais dans tous les calculs de conception et de suivi des réacteurs, la variable t n’est pas introduite dans les équations : nous nous limiterons ici à ce cas stationnaire. (Les calculs des effets de contre-réaction et d’évolution sont, en pratique, des suites de calculs stationnaires qui s’enchaînent par les équations de la thermohydraulique et de l’évolution des nucléides.)
5.1 Itérations externes et itérations internes
Les résolutions de l’équation de Boltzmann nécessitent un processus itératif pour déterminer les sources de fissions (elles conditionnent le flux des neutrons mais doivent être calculées à partir du flux) et le facteur de multiplication. Dans le domaine du ralentissement, on peut calculer de proche en proche les flux en traitant les groupes de neutrons par énergie décroissante ; mais dans le domaine thermique, il faut inverser une matrice non pas triangulaire mais pleine, ce qui est fait en pratique par itérations. Enfin, sous sa forme intégrodifférentielle, l’opérateur de transport ne donne pas explicitement le flux : l’inversion suppose, là encore, une itération.
À un niveau plus large, il faut traiter les...
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