Fission Yields evaluation for the main actinides involved in the nuclear fuel cycle
Description
The operation of nuclear reactors dedicated to the production of electricity by chain reactions requires the control of a large number of physical quantities throughout the life of the reactor. This control is essential for the operation and safety of the installation and is partly based on nuclear data. Indeed, given the power of today's computers and the continuous improvement of our calculation tools, nuclear data are now the main source of bias and uncertainty in neutron simulations. The optimization of current and future nuclear systems therefore requires a better knowledge of nuclear data and their uncertainty.Among these data of interest for nuclear cycle studies are the fission yields which represent the production rate of the different nuclei produced by fission reaction. These data are particularly important in residual power and end-of-cycle inventory studies. Current estimates of fission yields, although compatible with current applications, remain incomplete. Moreover, the development of new generations of reactors and the potential new regulatory requirements require better data and better controlled uncertainties, in particular through the determination of variance-covariance matrices which allow to calculate rigorously the uncertainties associated with these neutron quantities.The present work is devoted to the development of a new method for estimating independent and cumulative fission yields, with their associated covariance matrices, for the 235U(nth,f) and 239Pu(nth,f) reactions. To achieve this, a careful analysis of the experimental data was conducted to produce a more accurate estimate of the uncertainties in the fission product yields. The compatibility of the experimental data was carefully examined and then corrected to provide complete estimates in mass and charge, consistent in uncertainties and correlations between the different fission observables. Following the statistical analysis of the experimental data, several evaluations were proposed depending on the method used to resolve the data compatibility issues. The first proposed solution, called 'conservative', consists in keeping all the data by applying a penalty to all the measurements. The second solution consists in discarding a part of the measurements in order to keep only a consistent set of data. A second important aspect of this study was the development of a new approach to model the nuclear charge distributions before and after prompt neutron emission, going beyond the parameterization proposed by A.C. Wahl (parameterization used in most of the evaluated files). This work provides a comprehensive evaluation of nuclear charge distributions of interest for both applications and fundamental physics studies of the fission process. For the first time, probability density distributions and variance-covariance matrices have been determined for the observables associated with fission fragments. A validation step was performed to evaluate the impact of these new evaluations on the integral parameters of a reactor, such as residual power, reactivity loss and number of delayed neutrons. This step shows the coherence of the new evaluations of the fission yields and allowed to improve the precision of the observables useful for the physics of the reactors. (author)
Abstract (French)
L'exploitation des reacteurs nucleaires dedies a la production d'electricite par reactions en chaine necessite la maitrise d'un grand nombre de grandeurs physiques tout au long de la duree de vie du reacteur. Cette maitrise est essentielle pour le fonctionnement et la surete de l'installation et repose en partie sur les donnees nucleaires. En effet, compte tenu de la puissance des calculateurs d'aujourd'hui et de l'amelioration continue de nos outils de calcul, les donnees nucleaires constituent desormais la principale source de biais et d'incertitudes dans les simulations neutroniques. L'optimisation des systemes nucleaires actuels et futurs passe donc par une meilleure connaissance des donnees nucleaires et de leur incertitude. Parmi ces donnees d'interet pour les etudes de cycles nucleaires, on trouve les rendements de fission qui representent le taux de production des differents noyaux produits par reaction de fission. Ces donnees sont particulierement importantes dans le cadre des etudes sur la puissance residuelle et sur les inventaires de fin de cycle. Les evaluations actuelles des rendements de fission, quoique compatibles avec les applications actuelles, restent neanmoins incompletes. De surcroit, le developpement de nouvelles generations de reacteurs et les nouvelles exigences reglementaires potentielles requierent de meilleures donnees et des incertitudes mieux maitrisees, notamment par la determination des matrices de variance-covariances qui permettent de calculer de maniere rigoureuse les incertitudes associees a ces grandeurs neutroniques. Le present travail est consacre a l'elaboration d'une nouvelle methode d'evaluations, des rendements de fission independants et cumules, avec leurs matrices de covariances associees, pour les reactions 235U(nth,f) et 239Pu(nth,f). Pour y parvenir, une analyse minutieuse des donnees experimentales a ete menee afin de produire une estimation plus precise des incertitudes des rendements des produits de fission. La compatibilite des donnees experimentales a ete examinee attentivement puis corrigee pour fournir des evaluations completes en masse et en charge, coherentes en incertitudes et correlations entre les differentes observables de fission. Suite a l'analyse statistique des donnees experimentales, plusieurs evaluations ont ete proposees en fonction de la methode utilisee pour resoudre les questions de compatibilites des donnees. La premiere solution proposee, appelee 'conservative', consiste a conserver toutes les donnees en appliquant une penalite a l'ensemble des mesures. La deuxieme solution consiste a ecarter une partie des mesures afin de ne garder qu'un ensemble coherent de donnees. Un second aspect important de cette etude a ete le developpement d'une nouvelle approche pour modeliser les distributions en charge nucleaire avant et apres emission des neutrons prompts, allant au-dela de la parametrisation proposee par A.C. Wahl (parametrisation utilisee dans la plupart des fichiers evalues). Ce travail fournit une evaluation exhaustive des distributions en charges nucleaires d'interet tant pour les applications que les etudes de physique fondamentale du processus de fission. Pour la premiere fois, des distributions de densites de probabilites et des matrices de variance-covariances ont ete determinees pour les observables associees aux fragments de fission. Une etape de validation a ete effectuee pour evaluer l'impact de ces nouvelles evaluations sur les parametres integraux d'un reacteur, tels que la puissance residuelle, la perte de reactivite et le nombre de neutrons retardes. Cette etape montre la coherence des nouvelles evaluations des rendements de fission et permettaient d'ameliorer la precision des observables utiles pour la physique des reacteurs
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Additional details
Additional titles
- Original title (French)
- Evaluation des rendements de fission des actinides d'interet pour le cycle du combustible
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 293 p.
- Report number
- FRCEA-TH--16742
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 55034264
- Subject category
- S73: NUCLEAR PHYSICS AND RADIATION PHYSICS; S11: NUCLEAR FUEL CYCLE AND FUEL MATERIALS;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- CHARGE DISTRIBUTION; DATA COVARIANCES; DELAYED NEUTRONS; FISSION FRAGMENTS; FISSION YIELD; FUEL CYCLE; PLUTONIUM 239; PROBABILITY DENSITY FUNCTIONS; URANIUM 235
- Descriptors DEC
- ACTINIDE NUCLEI; ALPHA DECAY RADIOISOTOPES; BARYONS; ELEMENTARY PARTICLES; EVEN-ODD NUCLEI; FERMIONS; FISSION NEUTRONS; FUNCTIONS; HADRONS; HEAVY NUCLEI; INTERNAL CONVERSION RADIOISOTOPES; ISOMERIC TRANSITION ISOTOPES; ISOTOPES; MINUTES LIVING RADIOISOTOPES; NEUTRONS; NUCLEAR FRAGMENTS; NUCLEAR REACTION YIELD; NUCLEI; NUCLEONS; PLUTONIUM ISOTOPES; RADIOISOTOPES; SPONTANEOUS FISSION RADIOISOTOPES; URANIUM ISOTOPES; YEARS LIVING RADIOISOTOPES; YIELDS
Optional Information
- Notes
- 150 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses