Le CEA travaille depuis de nombreuses années autour de la modélisation du transport de particules dans les milieux aléatoires, en utilisant deux approches : d’un côté la génération d’une collection de modèles géométriques issus de la distribution statistique sous-jacente, ce qui permet une description exacte de la propagation des neutrons, au prix d’un temps de simulation très élevé ; d’un autre côté le développement de modèles « homogénéisés », où la présence des sphères aléatoirement distribuées est prise en compte en moyenne, ce qui permet de gagner en temps de simulation au prix d’une perte de précision. Pour la première approche, en particulier, un outil permettant d’échantillonner plusieurs types de géométries a été développé au CEA : CASTOR.

Ces travaux, démarrés dans le cadre du code de transport Monte-Carlo TRIPOLI-4 de transport de particules développé au CEA, doivent être portés dans le code de nouvelle génération TRIPOLI-5 (dont le développement a débuté en 2022), afin de profiter de son environnement HPC et répondre au mieux aux applications industrielles.

L'objectif du stage est d’étendre et améliorer les outils existant pour la modélisation de la propagation des neutrons dans les configurations de réacteurs « à double hétérogénéité » et notamment dans les géométries de type « inclusions sphériques ».

Les deux approches de modélisation (exacte et homogénéisée) seront a priori poursuivies dans le cadre du code Monte Carlo TRIPOLI-5. La structure modulaire de TRIPOLI-5, qui est organisé sous la forme d’une collection de librairies, permettra une prise en main plus aisée du développement de code.

Le travail de stage s’articule en trois parties. Initialement il s’agira d’implémenter dans TRIPOLI-5 / CASTOR les algorithmes nécessaires pour la modélisation exacte, en s’appuyant pour cela sur les outils existants pour le code TRIPOLI-4 et les prototypes développés par le CEA.

Les implémentations réalisées dans le cadre du stage pourront être vérifiées et validées sur la base de quelques configurations de références (modèles d’assemblages ou cœur de réacteurs HTR utilisant la « double hétérogénéité ». Des comparaisons par rapport à d’autres codes Monte-Carlo, tels qu’OpenMC, seront également possibles.

Si le temps le permet, l’étudiant pourra ensuite passer à l’implémentation de l’approche homogénéisée. Pour ce faire, l’étudiant devra s’approprier les principaux algorithmes (dits de Chord Length Sampling) permettant la simulation des objets géométriques « vus » par les neutrons lors de leurs déplacements à travers les milieux aléatoires. Cela ouvrira la voie vers la comparaison par rapport aux résultats des simulations obtenus à l’aide de l’approche exact, afin d’établir le niveau de confiance et la fiabilité de modèles homogénéisés. L’étape finale concernera l’analyse des algorithmes existants, afin d’améliorer les performances (temps de calcul et précision) de la simulation du transport de neutrons dans les géométries aléatoires.