Dans ces dernières années, l’architecture des codes Monte-Carlo a significativement évolué, afin de répondre aux nouveaux défis posés par la performance du calcul parallèle et de l’encombrement mémoire. Les méthodes de calcul à haute performance (HPC : High Performance Computing), incluant plusieurs niveaux de parallélisme, de nouvelles architectures et des algorithmes avancés, y sont déployées. Dans ce contexte, le CEA et l’IRSN ont lancé le développement d’un code Monte-Carlo de nouvelle génération, TRIPOLI-5®, en 2022. De nombreuses vérifications « unitaires » ont été déjà menées, en particulier sur la physique du transport des neutrons et sur l’impact des bibliothèques de données nucléaires, à l’aide de comparaisons inter-codes par rapport à d’autres codes Monte-Carlo. Toutefois, il est nécessaire d’étendre la base de tests de V&V de TRIPOLI-5® et pour cela on repose sur des benchmarks de référence.

Le benchmark BEAVRS (Benchmark for Evaluation And Validation of Reactor Simulations), conçu par le MIT, présente un intérêt majeur car il modélise un réacteur nucléaire Westinghouse “quatre boucles” avec une représentation très détaillée des assemblages de combustible, des poisons neutroniques consommables, des détecteurs et du chargement de combustible, etc. En outre, ce benchmark fournit de nombreuses données expérimentales, dont des cartes tridimensionnelles de flux et des profils d’evolution de réactivité en function des cycles d’irradiation du coeur, ce qui permet de disposer de points de comparaison simulation-mesure au-delà de la comparaison inter-codes. Sur la base de ces considérations, ce benchmark se prête particulièrement bien à la Vérification et Validation (V&V) des codes de simulation neutronique lorsque couplés avec la thermo-hydraulique et/ou l’évolution isotopique.

Dans ce stage, l’étudiant créera les « jeux de données » (modèles géométriques et compositions matérielles) permettant de représenter le benchmark BEAVRS, pour plusieurs sous-configurations du benchmark avec le code TRIPOLI-5®. Puis, il effectuera les simulations de transport de neutrons.

A partir de cette modélisation avec TRIPOLI-5®, nous proposons de comparer les résultats obtenus avec différents codes Monte-Carlo sur le modèle BEAVRS, dont TRIPOLI-4®, le code de référence de la génération actuelle développé au CEA, et d’autres codes comme OpenMC (MIT, Argonne) et éventuellement SERPENT (VTT).

L’étudiant pourra alors comparer les résultats d’un code donné aux mesures expérimentales, si elles existent, ou bien aux autres codes. Il pourra recourir à des tests statistiques pour la comparaison des résultats Monte-Carlo. Il analysera les écarts entre sous-configurations et tâchera, si possible, de comprendre l’origine des éventuels écarts entre codes, contribuant ainsi à la fiabilité de la nouvelle base de V&V du code TRIPOLI-5®.