O presente trabalho visa contribuir com o desenvolvimento sistemático de novas metodologias experimentais da medida da reatividade de arranjos físseis subcríticos, utilizando: estatísticas de alta ordem das contagens de nêutrons com detectores no modo pulso, o recente conceito de reatividade generalizada, e as instalações do reator IPEN/MB-01. Este trabalho reuniu em um só texto diversos aspectos da implementação destes tipos de medidas. Diferentemente das demais técnicas utilizadas nas medidas da reatividade subcrítica, as metodologias apresentadas neste trabalho tem o potencial para permitir a medida experimental da reatividade subcrítica sem a necessidade da estimativa prévia de quaisquer outros parâmetros cinéticos, obtidos de forma teórica ou experimental, calibração de fontes externas ou detectores.A princípio, os métodos estatísticos de alta ordem das contagens de nêutrons permitem obter diretamente o valor da subcriticalidade (ou o fator de multiplicação) de um arranjo físsil, independentemente do modelo de física subcrítica utilizado, sem a utilização de infra-estrutura diferenciada (como uma fonte pulsada de nêutrons), sendo uma extensão natural das metodologias que utilizam estatísticas de ordens inferiores - por exemplo, Feymann-. E este conteúdo estatístico diferenciado dos momentos de altas ordens das contagens de nêutrons, o principal motivador da implementação deste trabalho. Apesar de suas potencialidades, a implementação experimental do método esbarra no tempo e taxa de aquisição de dados; ou seja, na quantidade de conteúdo estatístico necessária para a obtenção de medida útil. Exatamente esta dificuldade impediu a obtenção de uma medida útil/prática nas instalações do reator IPEN/MB-01. Existem, entretanto, outras formas de explorar estatísticas ordem superior. Por exemplo, uma extensão do método de Rossi- sugerida neste trabalho pode utilizar auto bi-correlações (coincidências triplas não acidentais de contagens). A despeito do alto valor das incertezas, os aspectos estatísticos fundamentais de uma medida foram preservados nos métodos empregados neste trabalho. O método das auto bicorrelações é conceitualmente mais robusto contra as influências do tempo morto do sistema de aquisição de dados. Ao longo de sua execução, o presente trabalho visou preencher algumas lacunas de procedimentos experimentais aparentemente pouco abordadas por outros autores, permitindo estabelecer métodos estatisticamente mais rigorosos. Entre as contribuições neste sentido destacam-se, entre outras, as correções por tempo morto ou as geradas pela correlação entre os parâmetros estatísticos em tela. Do ponto de vista teórico, este trabalho sugere duas maneiras originais de abordar o mesmo problema da utilização de estatísticas de altas ordens: (a) auto bicorrelações; e (2) os biespectros de densidade de espectral de potência própria, sendo o primeiro explorado experimentalmente/estatisticamente em detalhes. / The present work aims to contribute to the systematic development of new experimental methods of measuring the reactivity of any subcritical fissile arrangements using: high-order statistics of neutron counts from neutron detectors working in pulse mode, the recent concept general reactivity, and the IPEN/MB-01 facility. This thesis brought together in a single text various aspects concerning the proper implementation of these types of measures. Unlike other techniques used in measurements of subcritical reactivity, the methodologies presented in this thesis has the potential to allow the experimental measurement of subcritical reactivity without the prior estimate of any other kinetic parameters, obtained from experiments or from theoretical considerations, external sources calibrations or detectors e ciency measurements. At first, the high-order statistical methods of neutron counts allow to obtain directly the value of the subcriticality (or multiplication factor) from an fissile arrangement regardless the type of subcritical physical theory, and also without the use of unusual infrastructure (such as a pulsed neutron source). These methods are a natural extension of those that use lower order statistics - for example, Feymann-. The greater information content in high order statistics of neutron counting is the main reason for the implementation of this work. Despite its potential, the experimental implementation of the method found huge problems concerning acquisition time and rate of data acquisition. This difficulty overcome any effort in order to obtain a useful measurement inside the IPEN/MB-01 nuclear reactor (a critical facility). However, there are other ways to exploit higher order statistics. For example, an extension of the Rossi- method suggested in this thesis used self bicorrelations. Though the high variance values of obtained results, the fundamental statistical requirements of a measurement were preserved, once the proposed methodologies are observed. It was proposed a methodology to handle dead time issues, in order to allow one to carry out measurement at higher detection rates. Throughout its execution, this thesis aimed to fulfill some gaps in the experimental procedures apparently not addressed by other authors, allowing the establishment of more rigorous statistical procedures. Regarding those contributions, dead time corrections stands out together with the concerning for correlation treatment between the statistical parameters. From the theoretical point of view, this thesis suggests two new ways to address the same problem of using high order statistics of neutron detections in pulse mode: (1) self-bicorrelations, and (2) self-bispectra (power spectral density in two axis). The first was experimentally tested and exhaustively detailed, the second one was only suggested as a theoretical speculation to be confronted against experimental evidence

O presente trabalho visa contribuir com o desenvolvimento sistemático de novas metodologias experimentais da medida da reatividade de arranjos físseis subcríticos, utilizando: estatísticas de alta ordem das contagens de nêutrons com detectores no modo pulso, o recente conceito de reatividade generalizada, e as instalações do reator IPEN/MB-01. Este trabalho reuniu em um só texto diversos aspectos da implementação destes tipos de medidas. Diferentemente das demais técnicas utilizadas nas medidas da reatividade subcrítica, as metodologias apresentadas neste trabalho tem o potencial para permitir a medida experimental da reatividade subcrítica sem a necessidade da estimativa prévia de quaisquer outros parâmetros cinéticos, obtidos de forma teórica ou experimental, calibração de fontes externas ou detectores.A princípio, os métodos estatísticos de alta ordem das contagens de nêutrons permitem obter diretamente o valor da subcriticalidade (ou o fator de multiplicação) de um arranjo físsil, independentemente do modelo de física subcrítica utilizado, sem a utilização de infra-estrutura diferenciada (como uma fonte pulsada de nêutrons), sendo uma extensão natural das metodologias que utilizam estatísticas de ordens inferiores - por exemplo, Feymann-. E este conteúdo estatístico diferenciado dos momentos de altas ordens das contagens de nêutrons, o principal motivador da implementação deste trabalho. Apesar de suas potencialidades, a implementação experimental do método esbarra no tempo e taxa de aquisição de dados; ou seja, na quantidade de conteúdo estatístico necessária para a obtenção de medida útil. Exatamente esta dificuldade impediu a obtenção de uma medida útil/prática nas instalações do reator IPEN/MB-01. Existem, entretanto, outras formas de explorar estatísticas ordem superior. Por exemplo, uma extensão do método de Rossi- sugerida neste trabalho pode utilizar auto bi-correlações (coincidências triplas não acidentais de contagens). A despeito do alto valor das incertezas, os aspectos estatísticos fundamentais de uma medida foram preservados nos métodos empregados neste trabalho. O método das auto bicorrelações é conceitualmente mais robusto contra as influências do tempo morto do sistema de aquisição de dados. Ao longo de sua execução, o presente trabalho visou preencher algumas lacunas de procedimentos experimentais aparentemente pouco abordadas por outros autores, permitindo estabelecer métodos estatisticamente mais rigorosos. Entre as contribuições neste sentido destacam-se, entre outras, as correções por tempo morto ou as geradas pela correlação entre os parâmetros estatísticos em tela. Do ponto de vista teórico, este trabalho sugere duas maneiras originais de abordar o mesmo problema da utilização de estatísticas de altas ordens: (a) auto bicorrelações; e (2) os biespectros de densidade de espectral de potência própria, sendo o primeiro explorado experimentalmente/estatisticamente em detalhes. / The present work aims to contribute to the systematic development of new experimental methods of measuring the reactivity of any subcritical fissile arrangements using: high-order statistics of neutron counts from neutron detectors working in pulse mode, the recent concept general reactivity, and the IPEN/MB-01 facility. This thesis brought together in a single text various aspects concerning the proper implementation of these types of measures. Unlike other techniques used in measurements of subcritical reactivity, the methodologies presented in this thesis has the potential to allow the experimental measurement of subcritical reactivity without the prior estimate of any other kinetic parameters, obtained from experiments or from theoretical considerations, external sources calibrations or detectors e ciency measurements. At first, the high-order statistical methods of neutron counts allow to obtain directly the value of the subcriticality (or multiplication factor) from an fissile arrangement regardless the type of subcritical physical theory, and also without the use of unusual infrastructure (such as a pulsed neutron source). These methods are a natural extension of those that use lower order statistics - for example, Feymann-. The greater information content in high order statistics of neutron counting is the main reason for the implementation of this work. Despite its potential, the experimental implementation of the method found huge problems concerning acquisition time and rate of data acquisition. This difficulty overcome any effort in order to obtain a useful measurement inside the IPEN/MB-01 nuclear reactor (a critical facility). However, there are other ways to exploit higher order statistics. For example, an extension of the Rossi- method suggested in this thesis used self bicorrelations. Though the high variance values of obtained results, the fundamental statistical requirements of a measurement were preserved, once the proposed methodologies are observed. It was proposed a methodology to handle dead time issues, in order to allow one to carry out measurement at higher detection rates. Throughout its execution, this thesis aimed to fulfill some gaps in the experimental procedures apparently not addressed by other authors, allowing the establishment of more rigorous statistical procedures. Regarding those contributions, dead time corrections stands out together with the concerning for correlation treatment between the statistical parameters. From the theoretical point of view, this thesis suggests two new ways to address the same problem of using high order statistics of neutron detections in pulse mode: (1) self-bicorrelations, and (2) self-bispectra (power spectral density in two axis). The first was experimentally tested and exhaustively detailed, the second one was only suggested as a theoretical speculation to be confronted against experimental evidence

Este trabalho apresenta um novo método para o cálculo dos coecientes de sensibilidade, através da união do metodo diferencial e da teoria da perturbação generalizada, que são os dois métodos tradicionalmente utilizados em física de reatores para a obtenção de tais grandezas. Esses dois métodos apresentam algumas deciências tornando os cálculos dos coeficientes de sensibilidade lentos ou computacionalmente exaustivos, mas unindo-os e possível eliminar as deciências apresentadas por ambos e obter uma nova equação para o coe- ciente de sensibilidade. O método proposto neste trabalho foi aplicado em um reator do tipo PWR , onde foi feita análise de sensibilidade da produção e da razão de conversão do 239Pu, para um ciclo de 120 dias de queima. O código utilizado para a análise de queima e análise de sensibilidade, o CINEW, foi desenvolvido durante este trabalho e os resultados obtidos foram comparados com os códigos amplamente utilizados em física de reatores, como o CINDER e o SERPENT. As conclusões obtidas foram que o novo método matemático para a obtenção dos coeficientes de sensibilidade e o CINEW, além de fornecer agilidade numérica também presentam eciência e segurança. Pois o novo método matemático para a obtenção dos coeficientes quando comparados com os métodos tradicionais utilizados para a análise de sensibilidade, mostram resultados satisfatórios, mesmo quando o método utiliza aproximações matemáticas que diferem do método proposto, e com a vantagem de não apresentar as deciências apresentadas pelos métodos diferencial e da teoria da perturbação generalizada. As análises de queima obtidas pelo CINEW foram comparadas com o CINDER, que mostraram uma diferença aceitável, apesar do CINDER apresentar alguns problemas computacionais que advém da época em que foi feito. A originalidade deste trabalho e a aplicação do método proposto em problemas que envolvem dependência temporal e a elaboração do primerio código nacional que faz análise de queima e análise de sensibilidade. / The main target of this study is to introduce a new method for calculating the coefficients of sensibility through the union of differential method and generalized perturbation theory, which are the two methods generally used in reactor physics to obtain such variables. These two methods, separated, have some issues turning the sensibility coefficients calculation slower or computationally exhaustive. However, putting them together, it\'s possible to repair these issues and build a new equation for the coecient of sensibility. The method introduced in this study was applied in a PWR reactor, where it was performed the sensibility analysis for the production and 239Pu conversion rate during 120 days (1 cycle) of burnup. The computational code used for both burnup and sensibility analysis, the CINEW, was developed in this study and all the results were compared with codes widely used in reactor physics, such as CINDER and SERPENT. The new mathematical method for calculating the sensibility coefficients and the code CINEW provide good numerical agility and also good eciency and security, once the new method, when compared with traditional ones, provide satisfactory results, even when the other methods use different mathematical approaches. The burnup analysis, performed using the code CINEW, was compared with the code CINDER, showing an acceptable variation, though CINDER presents some computational issues due to the period it was built. The originality of this study is the application of such method in problems involving temporal dependence and, not least, the elaboration of the first national code for burnup and sensitivity analysis.

Este trabalho apresenta uma solução analítica obtida pelo método de expansão para cinética espacial usando o modelo de difusão e considerando meios homogêneos multiplicativos subcríticos acionados por fonte externa. Em particular, partindo de modelos mais simples e aumentando a complexidade do sistema, resultados foram obtidos para diferentes tipos de transientes. Inicialmente, uma solução analítica foi obtida considerando um grupo de energia sem nêutrons atrasados, em seguida considerou-se um sistema de um grupo de energia e uma família de precursores. A solução para o caso G grupos de energia e R famílias de precursores em forma fechada é obtida, apesar do fato que não possa ser resolvido analiticamente, uma vez que não existe forma explícita para os autovalores e métodos numéricos devem ser utilizados para resolver tal problema. Para ilustrar a solução geral um problema de multigrupo (três grupos de energia) dependente do tempo sem precursores é apresentada e os resultados numéricos obtidos usando um código de diferenças finitas são comparados com os resultados exatos para diferentes tipos de transientes. / This work describes an analytical solution obtained by the expansion method for the spatial kinetics using the diffusion model with delayed emission for source transients in homogeneous media. In particular, starting from simple models, and increasing the complexity, numerical results were obtained for different types of source transients. An analytical solution of the one group without precursors was solved, followed by considering one precursors family. The general case of G-groups with R families of precursor although having a closed form solution, cannot be solved analytically, since there are no explicit formulae for the eigenvalues, and numerical methods must be used to solve such problem. To illustrate the general solution, the multi-group (three groups) time-dependent problem without precursors was solved and the numerical results of a finite difference code were compared with the exact results for different transients.

Neste trabalho apresentamos um estudo das reações nucleares de alta energia que são fundamentais na definição do termo fonte dos reatores nucleares subcríticos acionados por fonte externa. Estas reações nucleares, também conhecidas como \"spallation\", consistem na interação de hádrons de alta energia com os núcleons do núcleo atômico. A fenomenologia destas reações consiste em duas etapas, sendo que à primeira, o próton interage através de espalhamentos múltiplos, em um processo denominado cascata intra-nuclear seguido da etapa na qual o núcleo excitado oriundo da cascata intranuclear ou evapora partículas de forma a atingir estados energéticos moderados ou fissiona, em um processo conhecido como competição entre evaporação e fissão. Neste trabalho os principais modelos nucleares, os modelos de Bertini e Cugnon, são revistos, pois estes modelos são fundamentais para propósito de projeto devido à falta de dados nucleares avaliados para estas reações. A implementação e validação dos métodos de cálculo para o projeto destas fontes são realizadas. A implementação da metodologia é realizada utilizando o programa MCNPX ( \"Monte Carlo N-Particle eXtended\"), dedicado para cálculos de transporte destas partículas e a validação é realizada mediante uma cooperação internacional junto a um projeto coordenado de pesquisa da Agencia Internacional de Energia Atômica e trabalhos disponíveis. O objetivo é qualificar os cálculos relacionados às reações nucleares e os canais de desexcitação envolvidos. O CRISP, um código nacional para a descrição da fenomenologia das reações envolvidas, também foi estudado e os modelos implementados no código foram revistos e melhorados de forma a dar continuidade ao seu processo de qualificação. Devido às limitações dos principais modelos na descrição de produção de nuclídeos leves, a reação de multi-fragmentação foi estudada. As discrepâncias nos cálculos de produção destes nuclídeos são atribuídas à falta do canal de multi-fragmentação estatística do núcleo. A implementação deste canal foi realizada para a aplicação em reações de altas energias junto ao código CRISP de forma a reproduzir a produção de nuclídeos leves, bem como sua validação mediante a comparação com dados experimentais disponíveis para este fenômeno, obtendo com isso uma melhor reprodução de todo o espectro de produção de nuclídeos do processo. / This work presents a study of high energy nuclear reactions which are fundamental to dene the source term in accelerator driven systems. These nuclear reactions, also known as spallation, consist in the interaction of high energetic hadrons with nucleons in the atomic nucleus. The phenomenology of these reactions consist in two step. In the rst, the proton interacts through multiple scattering in a process called intra-nuclear cascade. It is followed by a step in which the excited nucleus, coming from the intranuclear cascade, could either, evaporates particles to achieve a moderate energy state or ssion. This process is known as competition between evaporation and ssion. In this work the main nuclear models, Bertini and Cugnon are reviewed, since these models are fundamental for design purposes of the source term in ADS, due to lack of evaluated nuclear data for these reactions. The implementation and validation of the calculation methods for the design v of the source is carried out to implement the methodology of source design using the program MCNPX (Monte Carlo N-Particle eXtended), devoted to calculation of transport of these particles and the validation performed by an international cooperation together with a Coordinated Research Project (CRP) of the International Atomic Energy Agency and available jobs, in order to qualify the calculations on nuclear reactions and the de-excitation channels involved, providing a state of the art of design and methodology for calculating external sources of spallation for source driven systems. The CRISP, is a brazilian code for the phenomenological description of the reactions involved and the models implemented in the code were reviewed and improved to continue the qualication process. Due to failure of the main models in describing the production of light nuclides, the multifragmentation reaction model was studied. Because the discrepancies in the calculations of production of these nuclides are attributes to the lack of reaction channel and the implementation of this channel was carried out for applications in high energy reactions with the CRISP code to reproduce the production of light nuclides, as well, as its validation by comparison with experimental data available for this phenomenon. Thus, obtaining a better reproduction of the whole spectrum of production of nuclides in the process.

Este trabalho apresenta a realização de experimentos no reator nuclear IPEN/MB-01 submetido à presença de um refletor com água pesada instalado na sua face oeste. Após a instalação do refletor no reator foram conduzidos três tipos de experimentos: A calibração das barras de controle, a verificação da influência do aumento da temperatura do moderador na reatividade e a medição das taxas de reações por meio da irradiação de fios e folhas de ativação. Devido às propriedades nucleares de interação de nêutrons com água pesada, notadamente sua elevada capacidade de espalhamento e sua baixa capacidade de absorção, é possível notar alterações no funcionamento do reator observadas pelas mudanças dos padrões de retiradas e inserções de barras de controle no núcleo. Essas alterações são apresentadas no decorrer do trabalho. / This work presents the accomplishiment of experiments in the IPEN/MB-01 research nuclear under presence of a heavy water reflector installed in its western wall. After reflectors assembly in the reactor, three types of experiments were conducted: The control rod calibration, the check of temperature\'s influence increasing under reactivity and the measurement of reaction rates by means wires and foil\'s activation. Due to the properties of neutron interaction with heavy water, especially their high scattering and low absorption cross sections, pattern changes operation could be observed by the control rods moving inside the core. These observations will be the focus of this work

O presente estudo foi realizado para verificar a possibilidade de redução do núcleo do reator IEA-R1 do IPEN/CNEN-SP. Cálculos neutrônicos foram desenvolvidos para um conjunto de novas configurações para que, a posteriori, a análise termo-hidráulica e de segurança pudessem ser realizadas. As novas configurações analisadas são menores por diversos motivos, como obter uma melhor utilização do combustível, melhor distribuição dos fluxos de nêutrons, dentre outros. Para que se possa atingir tais configurações, a densidade de Urânio no combustível deve ser aumentada. Neste estudo, combustíveis de U3Si2-Al com 4,8gU/cm3 foram testados e novos núcleos para o reator IEA-R1 foram propostos e discutidos. A análise neutrônica não impõe restrições aos núcleos estudados. A análise termohidráulica mostrou que as margens de segurança e os perfis de temperatura ao longo das placas combustíveis não excedem os limites de projeto. Os coeficientes de temperatura obtidos para os novos núcleos, no caso isotérmico, são todos negativos, conforme desejado. A queima mostrou que núcleos supercompactos não apresentam excesso de reatividade suficiente para o funcionamento dos mesmo, ao se utilizar combustíveis com 4,8gU/cm3. Um APR (Acidente de Perda de Refrigerante) foi simulado para os núcleos remanescentes. A ruptura da fronteira do primário se mostrou o acidente mais crítico, devido ao curto tempo para o esvaziamento completo da piscina do reator. As temperaturas atingidas após o descobrimento foram calculadas e não excedem aquelas cujos valores propiciam empolamento nas placas combustíveis (475 °! a 550 °!), uma vez que se obedeça os tempos de esvaziamento seguro da piscina para as novas configurações. / This study was performed considering prospective candidates for the IPEN/CNEN-SP IEA-R1 research reactor core. Some neutronic calculations were developed for a set of new core configurations to push forward the thermal-hydraulic and safety analysis. The new core configurations will be smaller for several reasons (e.g., better fuel utilization, neutron fluxes and so on). To achieve such smaller arrangements, the U-fuel density has to be increased. In the current study, configurations with 4.8gU/cm3 U3Si2- Al fuels were tested using the software MCNP and a set of new core configurations for the IPEN/CNEN-SP IEA-R1 research reactor has been presented and discussed. The Neutronic analysis imposes no restrictions on the new cores. The Thermal- Hydraulic (TH) analysis showed that the safety margins and the temperature profile through the fuel plate dont exceed the design limits. The isothermal temperature coefficients were calculated being all negative, as desired. The burnup concludes that super compact cores dont have enough excess reactivity to keep the reactor working with 4.8gU/cm3 U3Si2-Al fuels. A LOCA (Loss of Cooling Accident) was simulated for the remaining cores. The border rupture of the primary system was the most critical accident, due to the short time for the complete emptying of the reactor pool. The temperatures reached after this accident were calculated and dont exceed the fuel plates limits (475 °C - 550 °C), once the time for safe emptying are taken into account for the IEA-R1 pool.

Este trabalho apresenta a realização de experimentos no reator nuclear IPEN/MB-01 submetido à presença de um refletor com água pesada instalado na sua face oeste. Após a instalação do refletor no reator foram conduzidos três tipos de experimentos: A calibração das barras de controle, a verificação da influência do aumento da temperatura do moderador na reatividade e a medição das taxas de reações por meio da irradiação de fios e folhas de ativação. Devido às propriedades nucleares de interação de nêutrons com água pesada, notadamente sua elevada capacidade de espalhamento e sua baixa capacidade de absorção, é possível notar alterações no funcionamento do reator observadas pelas mudanças dos padrões de retiradas e inserções de barras de controle no núcleo. Essas alterações são apresentadas no decorrer do trabalho. / This work presents the accomplishiment of experiments in the IPEN/MB-01 research nuclear under presence of a heavy water reflector installed in its western wall. After reflectors assembly in the reactor, three types of experiments were conducted: The control rod calibration, the check of temperature\'s influence increasing under reactivity and the measurement of reaction rates by means wires and foil\'s activation. Due to the properties of neutron interaction with heavy water, especially their high scattering and low absorption cross sections, pattern changes operation could be observed by the control rods moving inside the core. These observations will be the focus of this work

O presente estudo foi realizado para verificar a possibilidade de redução do núcleo do reator IEA-R1 do IPEN/CNEN-SP. Cálculos neutrônicos foram desenvolvidos para um conjunto de novas configurações para que, a posteriori, a análise termo-hidráulica e de segurança pudessem ser realizadas. As novas configurações analisadas são menores por diversos motivos, como obter uma melhor utilização do combustível, melhor distribuição dos fluxos de nêutrons, dentre outros. Para que se possa atingir tais configurações, a densidade de Urânio no combustível deve ser aumentada. Neste estudo, combustíveis de U3Si2-Al com 4,8gU/cm3 foram testados e novos núcleos para o reator IEA-R1 foram propostos e discutidos. A análise neutrônica não impõe restrições aos núcleos estudados. A análise termohidráulica mostrou que as margens de segurança e os perfis de temperatura ao longo das placas combustíveis não excedem os limites de projeto. Os coeficientes de temperatura obtidos para os novos núcleos, no caso isotérmico, são todos negativos, conforme desejado. A queima mostrou que núcleos supercompactos não apresentam excesso de reatividade suficiente para o funcionamento dos mesmo, ao se utilizar combustíveis com 4,8gU/cm3. Um APR (Acidente de Perda de Refrigerante) foi simulado para os núcleos remanescentes. A ruptura da fronteira do primário se mostrou o acidente mais crítico, devido ao curto tempo para o esvaziamento completo da piscina do reator. As temperaturas atingidas após o descobrimento foram calculadas e não excedem aquelas cujos valores propiciam empolamento nas placas combustíveis (475 °! a 550 °!), uma vez que se obedeça os tempos de esvaziamento seguro da piscina para as novas configurações. / This study was performed considering prospective candidates for the IPEN/CNEN-SP IEA-R1 research reactor core. Some neutronic calculations were developed for a set of new core configurations to push forward the thermal-hydraulic and safety analysis. The new core configurations will be smaller for several reasons (e.g., better fuel utilization, neutron fluxes and so on). To achieve such smaller arrangements, the U-fuel density has to be increased. In the current study, configurations with 4.8gU/cm3 U3Si2- Al fuels were tested using the software MCNP and a set of new core configurations for the IPEN/CNEN-SP IEA-R1 research reactor has been presented and discussed. The Neutronic analysis imposes no restrictions on the new cores. The Thermal- Hydraulic (TH) analysis showed that the safety margins and the temperature profile through the fuel plate dont exceed the design limits. The isothermal temperature coefficients were calculated being all negative, as desired. The burnup concludes that super compact cores dont have enough excess reactivity to keep the reactor working with 4.8gU/cm3 U3Si2-Al fuels. A LOCA (Loss of Cooling Accident) was simulated for the remaining cores. The border rupture of the primary system was the most critical accident, due to the short time for the complete emptying of the reactor pool. The temperatures reached after this accident were calculated and dont exceed the fuel plates limits (475 °C - 550 °C), once the time for safe emptying are taken into account for the IEA-R1 pool.

Neste trabalho apresentamos um estudo das reações nucleares de alta energia que são fundamentais na definição do termo fonte dos reatores nucleares subcríticos acionados por fonte externa. Estas reações nucleares, também conhecidas como \"spallation\", consistem na interação de hádrons de alta energia com os núcleons do núcleo atômico. A fenomenologia destas reações consiste em duas etapas, sendo que à primeira, o próton interage através de espalhamentos múltiplos, em um processo denominado cascata intra-nuclear seguido da etapa na qual o núcleo excitado oriundo da cascata intranuclear ou evapora partículas de forma a atingir estados energéticos moderados ou fissiona, em um processo conhecido como competição entre evaporação e fissão. Neste trabalho os principais modelos nucleares, os modelos de Bertini e Cugnon, são revistos, pois estes modelos são fundamentais para propósito de projeto devido à falta de dados nucleares avaliados para estas reações. A implementação e validação dos métodos de cálculo para o projeto destas fontes são realizadas. A implementação da metodologia é realizada utilizando o programa MCNPX ( \"Monte Carlo N-Particle eXtended\"), dedicado para cálculos de transporte destas partículas e a validação é realizada mediante uma cooperação internacional junto a um projeto coordenado de pesquisa da Agencia Internacional de Energia Atômica e trabalhos disponíveis. O objetivo é qualificar os cálculos relacionados às reações nucleares e os canais de desexcitação envolvidos. O CRISP, um código nacional para a descrição da fenomenologia das reações envolvidas, também foi estudado e os modelos implementados no código foram revistos e melhorados de forma a dar continuidade ao seu processo de qualificação. Devido às limitações dos principais modelos na descrição de produção de nuclídeos leves, a reação de multi-fragmentação foi estudada. As discrepâncias nos cálculos de produção destes nuclídeos são atribuídas à falta do canal de multi-fragmentação estatística do núcleo. A implementação deste canal foi realizada para a aplicação em reações de altas energias junto ao código CRISP de forma a reproduzir a produção de nuclídeos leves, bem como sua validação mediante a comparação com dados experimentais disponíveis para este fenômeno, obtendo com isso uma melhor reprodução de todo o espectro de produção de nuclídeos do processo. / This work presents a study of high energy nuclear reactions which are fundamental to dene the source term in accelerator driven systems. These nuclear reactions, also known as spallation, consist in the interaction of high energetic hadrons with nucleons in the atomic nucleus. The phenomenology of these reactions consist in two step. In the rst, the proton interacts through multiple scattering in a process called intra-nuclear cascade. It is followed by a step in which the excited nucleus, coming from the intranuclear cascade, could either, evaporates particles to achieve a moderate energy state or ssion. This process is known as competition between evaporation and ssion. In this work the main nuclear models, Bertini and Cugnon are reviewed, since these models are fundamental for design purposes of the source term in ADS, due to lack of evaluated nuclear data for these reactions. The implementation and validation of the calculation methods for the design v of the source is carried out to implement the methodology of source design using the program MCNPX (Monte Carlo N-Particle eXtended), devoted to calculation of transport of these particles and the validation performed by an international cooperation together with a Coordinated Research Project (CRP) of the International Atomic Energy Agency and available jobs, in order to qualify the calculations on nuclear reactions and the de-excitation channels involved, providing a state of the art of design and methodology for calculating external sources of spallation for source driven systems. The CRISP, is a brazilian code for the phenomenological description of the reactions involved and the models implemented in the code were reviewed and improved to continue the qualication process. Due to failure of the main models in describing the production of light nuclides, the multifragmentation reaction model was studied. Because the discrepancies in the calculations of production of these nuclides are attributes to the lack of reaction channel and the implementation of this channel was carried out for applications in high energy reactions with the CRISP code to reproduce the production of light nuclides, as well, as its validation by comparison with experimental data available for this phenomenon. Thus, obtaining a better reproduction of the whole spectrum of production of nuclides in the process.