Published December 9, 2014 | Version v1
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Multi-physics and multi-objective design of heterogeneous SFR core: development of an optimization method under uncertainty

Description

Since Phenix shutting down in 2010, CEA does not have Sodium Fast Reactor (SFR) in operating condition. According to global energetic challenge and fast reactor abilities, CEA launched a program of industrial demonstrator called ASTRID (Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration), a reactor with electric power capacity equal to 600 MW. Objective of the prototype is, in first to be a response to environmental constraints, in second demonstrates the industrial viability of SFR reactor. The goal is to have a safety level at least equal to 3. generation reactors. ASTRID design integrates Fukushima feedback; Waste reprocessing (with minor actinide transmutation) and it linked industry. Installation safety is the priority. In all cases, no radionuclide should be released into environment. To achieve this objective, it is imperative to predict the impact of uncertainty sources on reactor behaviour. In this context, this thesis aims to develop new optimization methods for SFR cores. The goal is to improve the robustness and reliability of reactors in response to existing uncertainties. We will use ASTRID core as reference to estimate interest of new methods and tools developed. The impact of multi-Physics uncertainties in the calculation of the core performance and the use of optimization methods introduce new problems: How to optimize 'complex' cores (i.e. associated with design spaces of high dimensions with more than 20 variable parameters), taking into account the uncertainties? What is uncertainties behaviour for optimization core compare to reference core? Taking into account uncertainties, optimization core are they still competitive? Optimizations improvements are higher than uncertainty margins? The thesis helps to develop and implement methods necessary to take into account uncertainties in the new generation of simulation tools. Statistical methods to ensure consistency of complex multi-Physics simulation results are also detailed. By providing first images of innovative SFR core, this thesis presents methods and tools to reduce the uncertainties on some performance while optimizing them. These gains are achieved through the use of multi-Objective optimization algorithms. These methods provide all possible compromise between the different optimization criteria, such as the balance between economic performance and safety. (author)

Abstract (French)

Depuis la fermeture de Phenix en 2010 le CEA ne possede plus de reacteur au sodium. Vus les enjeux energetiques et le potentiel de la filiere, le CEA a lance un programme de demonstrateur industriel appele ASTRID (Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration), reacteur d'une puissance de 600MW electriques (1500 MW thermiques). L'objectif du prototype est double, etre une reponse aux contraintes environnementales et demontrer la viabilite industrielle: De la filiere RNR-Na, avec un niveau de surete au moins equivalent aux reacteurs de 3eme generation, du type de l'EPR. ASTRID integrera des la conception le retour d'experience de Fukushima; Du retraitement des dechets (transmutation d'actinide mineur) et de la filiere qui lui serait liee.La surete de l'installation est prioritaire, aucun radioelement ne doit etre rejete dans l'environnement, et ce dans toutes les situations. Pour atteindre cet objectif, il est imperatif d'anticiper l'impact des nombreuses sources d'incertitudes sur le comportement du reacteur et ce des la phase de conception. C'est dans ce contexte que s'inscrit cette these dont l'ambition est le developpement de nouvelles methodes d'optimisation des coeurs des RNR-Na. L'objectif est d'ameliorer la robustesse et la fiabilite des reacteurs en reponse a des incertitudes existantes. Une illustration sera proposee a partir des incertitudes associees a certains regimes transitoires dimensionnant. Nous utiliserons le modele ASTRID comme reference pour evaluer l'interet des nouvelles methodes et outils developpes.L'impact des incertitudes multi-Physiques sur le calcul des performances d'un coeur de RNR-Na et l'utilisation de methodes d'optimisation introduisent de nouvelles problematiques: Comment optimiser des coeurs 'complexes' (i.e associes a des espaces de conception de dimensions elevee avec plus de 20 parametres variables) en prenant en compte les incertitudes? Comment se comportent les incertitudes sur les coeurs optimises par rapport au coeur de reference? En prenant en compte les incertitudes, les reacteurs sont-Ils toujours consideres comme performants? Les gains des optimisations obtenus a l'issue d'optimisations complexes sont-Ils superieurs aux marges d'incertitudes (qui elles-Memes dependent de l'espace parametrique)? La these contribue au developpement et a la mise en place des methodes necessaires a la prise en compte des incertitudes dans les outils de simulation de nouvelle generation. Des methodes statistiques pour garantir la coherence des schemas de calculs multi-Physiques complexes sont egalement detaillees. En proposant de premieres images de coeur de RNR-Na innovants, cette these presente des methodes et des outils permettant de reduire les incertitudes sur certaines performances des reacteurs tout en les optimisant. Ces gains sont obtenus grace a l'utilisation d'algorithmes d'optimisation multi-Objectifs. Ces methodes permettent d'obtenir tous les compromis possibles entre les differents criteres d'optimisations comme, par exemple, les compromis entre performance economique et surete

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Original title (French)
Conception multi-physiques et multi-objectifs des coeurs de RNR-Na heterogenes: developpement d'une methode d'optimisation sous incertitudes

Publishing Information

Imprint Pagination
224 p.
Report number
FRCEA-TH--6757

INIS

Country of Publication
France
Country of Input or Organization
France
INIS RN
47013498
Subject category
S21: SPECIFIC NUCLEAR REACTORS AND ASSOCIATED PLANTS;
Resource subtype / Literary indicator
Thesis
Descriptors DEI
DATA COVARIANCES; DESIGN; FAST REACTORS; KRIGING; NEURAL NETWORKS; OPTIMIZATION; PERTURBATION THEORY; SODIUM COOLED REACTORS
Descriptors DEC
EPITHERMAL REACTORS; LIQUID METAL COOLED REACTORS; MATHEMATICS; REACTORS; STATISTICS

Optional Information

Notes
106 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS contacts' section of the INIS-NKM website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/inis/Contacts/; Also available from Service Commun de la Documentation Direction Domaine universitaire de Paris-Sud Bat 407 Rue du Doyen-Poitou 91405 ORSAY cedex (France)