English below

Lieu: Laboratoire SUBATECH – Institut Mines Telecom Atlantique,
Equipe : Structure et Energie Nucléaire (S.E.N)
http://www-subatech.in2p3.fr/fr/component/content/article?id=523

Adresse : 4, rue Alfred Kastler – La Chantrerie
BP 20722 – 44307 Nantes Cedex 3,
France

Encadrante:
Lydie Giot – Maître Assistant
SUBATECH, IMT Atlantique
Téléphone : 00 33 +2 51 85 86 66 Email : Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.

Contexte et objectifs:
L’estimation de la puissance résiduelle est un enjeu de sûreté important lors du fonctionnement du réacteur mais également pour le transport du combustible usé et la gestion des déchets nucléaires. C’est aussi un paramètre clé pour le design des systèmes de sûreté
des réacteurs de Génération IV et l’utilisation de combustibles innovants. Le calcul de la puissance résiduelle repose sur des simulations de l’inventaire du combustible du réacteur associé à la connaissance des propriétés de décroissance des produits de fission et des actinides mais aussi des rendements des produits de fission et des sections efficaces. L’évaluation des incertitudes est un sujet d’intérêt à la fois industriel pour le cycle actuel mais également pour la R&D sur les réacteurs du futur dans le cadre du design et des études de sûreté associées. Le groupe Structure et Energie Nucléaire du laboratoire SUBATECH (S.E.N) réalise actuellement des calculs de puissance résiduelle avec le code Monte Carlo évoluant SERPENT à la fois pour des pulses de fission, assemblages REP ou coeurs de réacteurs. Le groupe est également impliqué avec la technique expérimentale TAS (Total Absorption Spectroscopy) dans de nouvelles mesures de décroissance de produits de fission qui ont des schémas de décroissance biaisés car affectés par l’effet Pandémonium. L’effet Pandémonium provient de la faible efficacité à haute énergie des détecteurs Germanium, ce qui a des conséquences directes sur les calculs de puissance résiduelle avec une sur-estimation de la contribution β- et une sous-estimation de la contribution γ. L’objectif pour le calcul de la puissance résiduelle est d’améliorer l’estimation des incertitudes et notamment l’impact des données nucléaires en utilisant à la fois les méthodes d’analyse des incertitudes basées sur le Total Monte-Carlo (TMC) et la théorie des perturbations.

Sujet proposé:
Une étude sera réalisée sur des pulses de fission thermique et/ou rapide (^235,233U and ^239,241Pu) Les coefficients de sensibilité de la puissance résiduelle aux données nucléaires suivantes : rendements de fission, demi-vie, rapport de branchement et énergie moyenne de décroissance seront estimées. Les outils nécessaires à l’application automatisée de la méthode TMC associée au code SERPENT seront également développés et utilisés pour déterminer l’incertitude associée aux données nucléaires. Côté rendements de fission, il est notamment envisagé d’utiliser à la fois le code GEF et les matrices de covariances expérimentales mesurées par le CEA. En parallèle, des calculs d’incertitudes en évolution de la puissance résiduelle sur des cas d’assemblages REP (UO₂, MOX) et comparaison aux mesures disponibles pour différents burnups et temps de refroidissement seront réalisés. Le second volet de la thèse sera axé sur l’impact des données nucléaires, notamment des rendements des produits de fission et des énergies moyennes de décroissance sur l’estimation de la puissance résiduelle pour les réacteurs de Génération IV. Le premier cas d’étude sera le concept deréacteur MSFR (Molten Salt Fast Reactor) qui est un projet de réacteur à sels fondus en cycle Th/U ou U/Pu et spectre rapide initié par le laboratoire du LPSC et auquel l’équipe S.E.N contribue. En complément, une partie du temps sera dédiée à consolider la liste des produits de fission importants contributeurs à la puissance résiduelle, impactés par l’effet Pandémonium et qui pourront faire l’objet de nouvelles mesures avec la technique TAS et ainsi contribuer à l’amélioration des données de décroissance disponibles dans les librairies.

Profil du candidat:
Le profil souhaité pour le/la candidat/e est le suivant: étudiant/e en M2 ou en dernière année d’école d’ingénieur avec des connaissances en physique des réacteurs, modélisation, methodes numériques et /ou methods stochastiques, connaissances acquises lors du parcours académique ou lors de stages. Des connaissances et compétences en informatique (Linux, fermes de calculs, C/C++, Python, programmation) sont également souhaitées. Il est également attendu que le/la candidat/e soit capable de travailler en équipe, rigoureux dans le suivi de son travail et à l’aise dans un environnement international. La maîtrise de l’anglais (écrit et oral) est imperative.

Candidature:
Le dossier de candidature (dossier unique en pdf nom_prenom.pdf) à envoyer à Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser. avant le 3 Mai 2021. Il devra comprendre un CV, une lettre de motivation du candidat précisant son intérêt pour le sujet et son projet professionnel d’après thèse, des relevés de notes (Licence, M1, relevé du premier semestre de M2 et/ou notes obtenues en école d’ingénieur avec idéalement le classement dans chaque promo). Les lettres de recommandation des encadrants de stage (M1,M ou A2/A3) peuvent être envoyées séparément et directement par les encadrants.

Financement acquis: 50% Université de Nantes, 50% IMT Atlantique

Début du contrat : 1er octobre 2021

 -------------------------------------------

PhD Offer
Title : Decay heat uncertainty calculations with associated sensitivity studies. Impact of nuclear data

Location: SUBATECH Laboratory– Institut Mines Telecom Atlantique,
Group : Nuclear structure and Energy
http://www-subatech.in2p3.fr/fr/component/content/article?id=525

Supervisor:
Lydie Giot – Associate Professor
SUBATECH Laboratory SUBATECH, Institut Mines Telecom Atlantique
Adress: 4, rue Alfred Kastler – La Chantrerie – BP 20722 – 44307 Nantes Cedex 3,
FRANCE
Phone : 00 33 +2 51 85 86 66 Email : Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.

Context and objectives:
The determination of decay heat is a major safety issue for a reactor in operation but also for the transport of burnt fuel and nuclear waste management. It is in particular a key parameter for the design of the Generation IV safety systems but also for the use of innovating fuels. The calculation of decay heat relies on the combination of reactor simulations to estimate the fuel inventory and on nuclear data : decay properties of the fission products and actinides, fission yields and cross sections.
The uncertainty assessment of decay heat calculations is a topic of interest for the nuclear industry on the current fuel cycle but also for the Gen IV reactors and the R&D associated to their designs and safety studies. The Nuclear Structure and Energy group of the SUBATECH laboratory performs decay heat calculations with the Monte Carlo depletion code SERPENT 2 for fission pulses, fuel assemblies but also reactor cores. The group is also involved in new decay measurements of fission products which have decay schemes biased by the Pandemonium effect. The Pandemonium effect arises from the low efficiency at high energy of Germanium detectors. This has direct consequences on decay heat calculations with an overestimation
of the β- contribution and a under-estimation of the γ contribution. The experimental technique used for these new measurements is the TAS method (Total Absorption Spectroscopy), which allows to have an excellent detection efficiency even at high energy. The aim for decay heat calculations is now to improve the uncertainty associated to it and especialy the impact of nuclear data by using simultaneously approaches based on the Total-Monte Carlo method (TMC) and the perturbation theory.

Subject:
A first study will be focussed on thermal/fast fission pulses (^235,233U and ^239,241Pu). The sensitivity coefficients of decay heat to the following nuclear data: fission yields, half-life, branching ratio and mean decay energies will be estimated. The needed tools to automatize the TMC method coupled to the SERPENT code will also be developped and used to determine the uncertainty associated to nuclear data for decay heat. For the fission yields, the GEF code and the experimental covariances matrices measured by the CEA will be used. In addition, uncertainty calculations for PWR assemblies decay heat (UO₂, MOX) and also some comparison with existing data at different burnups and cooling times will be performed. The second part of the PhD will be focussed on the impact of the nuclear data on decay heat calculations for Gen IV reactors, especially fission yields and mean decay energies. The first case studied will be the Molten Salt Reactor with Fast neutron spectrum (MSFR) for Th/U and U/Pu fuel cycles which is a Gen IV reference concept initiated by the LPSC laboratory in Grenoble. The S.E.N team contributes in decay heat calculations for the core part, emergency draining system and fuel treatment unit. In addition, some work will be dedicated to determine the final list of key fission products for some Gen IV concepts which are Pandemonium candidates and need to be remeasured with the TAS technique, aiming also to improve the nuclear decay data librairies.

Competency profile:
- Student in Master 2 or last year of engineering school with some knowledge in reactor physics, reactor modeling, reactor codes, numerical methods and/or Monte Carlo methods.
- Good proficiency in the use of computer tools (Linux, computer clusters…), and/or languages such as Python, C or C++ will be an asset.
- Ability to work on a team, careful management of his/her work (technical notes on a regular basis) and willingness to work in an international environment (fluent knowledge of english is mandatory).

Application:
The candidate should send a single pdf document entitled : NAME_firstname.pdf to Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser. before 3rd May 2021. It should contain a detailed CV of the applicant, a motivation letter describing her/his interest for the subject and the expected plans after completion of the PhD, marks and ranking for each academic year (Master and Bachelor) with a copy of diplomas, letters of support written by professors and when it is possible letters of support written by internship supervisors (these letters can be sent directlty by the authors to L. Giot).

Funding : 50% University of Nantes, 50% IMT Atlantique

PhD contract is starting on October 1, 2021