Diss. nat. sc. Zurich, 2007 ; ETH Nr. 17020. / Enth.: Dt. Zusammenfassung.

Diss. Univ. Bern, 1999. / Literaturverz.

Thèse--Lettres--Grenoble, 1902.

Thèse, sciences techniques, Lausanne, 2002 ; n° 2479. / Bibliogr.

Zugl.: Zürich, Techn. Hochsch., Diss., 2008

Universiẗat, Diss., 2003--Jena.

Double Chooz est une expérience dédiée à la mesure de l'angle de mélange θ₁₃ caractérisant le phénomène d’oscillation des neutrinos. Elle consiste en l’installation de deux détecteurs identiques respectivement installés à 400 m et 1050 m des deux réacteurs à eau pressurisée de la centrale nucléaire de Chooz dans les Ardennes. Les réacteurs nucléaires sont en effet à l’origine d’un flux intense d’antineutrinos électroniques (de l’ordre de 10²¹ ⊽ₑ/s pour un réacteur de 1GWe)qui peut être détecté par réaction bêta inverse dans le liquide scintillant des détecteurs : ⊽ₑ + p −> e⁺ + n. Le paramètre θ₁₃ peut ensuite être déterminé en cherchant une réduction du nombre d’antineutrinos et une distorsion du flux mesuré dans le détecteur lointain par rapport au détecteur proche. La première phase de l’expérience pour laquelle uniquement le détecteur lointain prend des données a débuté en avril 2011. En l’absence du détecteur proche dont l’installation sera terminée en 2014, une prédiction du flux d’antineutrinos non oscillé attendu dans le détecteur lointain est nécessaire à la prédiction de θ₁₃ . Dans ce manuscrit, nous présentons le travail de simulation réalisé en vue de prédire les taux de fission des deux cœurs de Chooz à l’origine des antineutrinos émis par les réacteurs. Pour cela des simulations de cœur complet des réacteurs ont été développées à l’aide du code de simulation MCNP Utility for Reactor Evolution (MURE). Les résultats de ces simulations ont permis de déterminer les taux de fission et les erreurs systématiques associées durant les périodes de prise de données et d’aboutir à la première indication d’un angle θ₁₃ non-nul en novembre 2011. / The Double Chooz experiment is designed to search for a non-vanishing mixing angle θ₁₃ characterizing the ability of neutrinos to oscillate. It consists in two identical detectors located respectively at 400 m and 1050 m of the two pressurized water reactors of the Chooz nuclear plant in the French Ardennes. Indeed, nuclear reactor are huge electron antineutrino emitters (about 10²¹ ⊽ₑ/s for a 1GWe reactor). In Double Chooz, antineutrino sare detected by the inverse beta decay process in the liquid scintillator of the detectors : ⊽ₑ + p −> e⁺ + n. The θ₁₃ parameter can be investigated searching for ⊽ₑ disappearance and ⊽ₑ energy distortion in the far detector with respect to the near detector. The first phase of the experiment during which only the far detector is taking data has started in April 2011. In absence of far detector whose installation will be completed in 2014, a prediction of the non-oscillated antineutrino flux and spectrum shape expected in the far detector is mandatory to measure θ₁₃ . In this manuscript, we present the simulation work performed to predict the fission rates of both Chooz cores responsible for the reactor antineutrino flux. In this view, a complete core model has been developed with the MCNP Utility for Reactor Evolution (MURE) simulation code. The results of these simulations were used to determine the fission rates and associated systematic errors since the beginning of data taking and led to the first indication for a non-zero θ₁₃ mixing angle in November 2011.

Dans le but d'étudier les possibilités de gestion avancée du plutonium dans les réacteurs actuels, 8 stratégies de multi-recyclage du plutonium dans des REP sont étudiées. Suite à des études à l'équilibre, il a été montré que, en utilisant des assemblages homogènes, l'utilisation du thorium ne permet pas de réduire les inventaires de plutonium en cycle à l'équilibre ni la production d'américium. En répartissant les différents types de combustibles au sein d'un même assemblage, certaines stratégies thoriées permettent cependant d'obtenir des inventaires et des productions d'américium inférieur aux meilleures stratégies utilisant uniquement le cycle uranium. Cependant dans tous les cas, le faible taux de conversion des combustibles thoriés en REP conduit à l'impossibilité de faire baisser la consommation de ressources de plus de quelques pour-cent par rapport aux stratégies sans thorium. Afin d'étudier la transition, une participation active au développement du code de scénario CLASS a eu lieu. Elle a aboutie à la simulation de deux scénarios parmi ceux étudiés à l'équilibre avec CLASS. Ces simulations ont montrées des écarts avec les scénarios simulés précédemment. Les causes majeures de ces écarts ont été identifiées et quantifiées. / In order to study the possibility of advanced management of plutonium in existing reactors, 8 strategies for plutonium multi-recycling in PWRs are studied. Following equilibrium studies, it was shown that, by using homogeneous assemblies, the use of thorium cannot reduce the plutonium inventory of equilibrium cycle or production of americium. By distributing the different fuel types within the same assembly, some thoriated strategies allow however lower inventories and lower production americium best strategies using only the uranium cycle. However, in all cases, low fuel conversion theories in PWRs makes it impossible to lower resource consumption more than a few percent compared to strategies without thorium. To study the transition, active participation in development of the scenario code CLASS has been taken. It led to the two simulation scenarios among those studied in equilibrium with CLASS. These simulations have shown discrepancies with previously simulated scenarios. The major causes of these differences were identified and quantified.

La loi française du 28 juin 2006, sur la gestion des déchets radioactifs, demande une évaluation pour définir la future stratégie industrielle. L’étude présentée ici, concerne plus spécifiquement l’axe de recherche sur la transmutation des actinides mineurs. Dans ce but, un concept d’ADS (Accelerator DrivenSystem) de haute puissance a été développé à SUBATECH. Dans ce réacteur sous-critique, un faisceau de protons de 1 GeV alimente trois cibles de spallation de plomb-bismuth. L’ADS MUST (MUltipleSpallation Target) peut ainsi atteindre une puissance thermique de plus de 1 GW avec une densité de puissance élevée. Une méthode de dimensionnement de ces réacteurs a été développée et appliquée pour différents scénarios double strate. Dans ces scénarios, des réacteurs électrogènes de type SFR (Sodium Fast Reactors) ou REP (Réacteurs à Eau Pressurisée) produisent des actinides mineurs destinés à être transmutés en ADS. Dans chaque cœur, un multi-recyclage du plutonium est réalisé et dans les réacteurs sous-critiques les éléments à transmuter le sont également. Pour limiter la réactivité du cœur et améliorer la conductivité thermique, le combustible contenant les actinides mineurs est mélangé à une matrice inerte de MgO. Des filières, avec des ADS à caloporteurs plomb et sodium, ont été étudiées pour différentes durées d’irradiation, et deux stratégies de transmutation : soit l’ensemble des actinides mineurs, soit seulement l’américium est incinéré. Le dimensionnement des ADS MUST de chaque filière et de leur combustible à l’équilibre est présenté dans cette thèse. Puis l’évolution du combustible et du coefficient de multiplication, sur un cycle, est réalisée et analysée. La radiotoxicité et la puissance thermique des déchets produits sont ensuite comparées. Enfin, l’étude de scénarios double strate est effectué afin d’analyser les inventaires d’actinides mineurs et de plutonium en cycle, ainsi que les déchets produits en fonction de la stratégie de transmutation adoptées et de l’évolution de la première strate. / The French law of 28th June 2006 regarding advanced nuclear waste management requires a scientific assessment to define future industrial strategies. The present PhD thesis was carried in this framework and concerns specifically the research axis of minoractinides transmutation. A high power Accelerator Driven System (ADS) concept is developed at SUBATECH for this purpose. A 1 GeV proton beam feeds three liquid lead-bismuth spallation targets. The MUltiple Spallation Target (MUST) ADS reaches the thermal powers up to 1 GW with a high specific power. A nuclear reactor dimensioning method has been developed and applied to different double strata scenarios. In these scenarios, SFR (Sodium FastReactors) or PWR (Pressurized Water Reactors) power reactors produce minor actinides that will be transmuted into ADS. In each core (SFR and ADS), the plutonium multi-reprocessing strategy is performed while ADS subcritical core also multi-reprocesses minor actinides. To limit the core reactivity and improve the fuel thermal conductivity, the minor actinides fuel is mixed with MgO inert matrix. Nuclear branches with lead and sodium coolants for the ADS, have been studied for different irradiation times and two transmutation strategies have been assessed : whether whole minor actinides, whether americium only is tranmuted. The thesis presents precisely the MUST ADS design methodology and the calculations to get a fuel composition at equilibrium. Then a one cycle evolution is performed and analysed for the fuel and the multiplication factor. Radiotoxicity and thermal power of the waste produced are then compared. Finally, the study of double strata scenarios is performed to analyse the plutonium and minor actinides inventories in cycle and also the waste produced according to the transmutation strategies applied and the first stratum evolution.

La loi française du 28 juin 2006, sur la gestion des déchets radioactifs, demande une évaluation pour définir la future stratégie industrielle. L'étude présentée ici, concerne plus spécifiquement l'axe de recherche sur la transmutation des actinides mineurs. Dans ce but, un concept d'ADS (Accelerator DrivenSystem) de haute puissance a été développé à SUBATECH. Dans ce réacteur sous-critique, un faisceau de protons de 1 GeV alimente trois cibles de spallation de plomb-bismuth. L'ADS MUST (MUltipleSpallation Target) peut ainsi atteindre une puissance thermique de plus de 1 GW avec une densité de puissance élevée. Une méthode de dimensionnement de ces réacteurs a été développée et appliquée pour différents scénarios double strate. Dans ces scénarios, des réacteurs électrogènes de type SFR (Sodium Fast Reactors) ou REP (Réacteurs à Eau Pressurisée) produisent des actinides mineurs destinés à être transmutés en ADS. Dans chaque cœur, un multi-recyclage du plutonium est réalisé et dans les réacteurs sous-critiques les éléments à transmuter le sont également. Pour limiter la réactivité du cœur et améliorer la conductivité thermique, le combustible contenant les actinides mineurs est mélangé à une matrice inerte de MgO. Des filières, avec des ADS à caloporteurs plomb et sodium, ont été étudiées pour différentes durées d'irradiation, et deux stratégies de transmutation : soit l'ensemble des actinides mineurs, soit seulement l'américium est incinéré. Le dimensionnement des ADS MUST de chaque filière et de leur combustible à l'équilibre est présenté dans cette thèse. Puis l'évolution du combustible et du coefficient de multiplication, sur un cycle, est réalisée et analysée. La radiotoxicité et la puissance thermique des déchets produits sont ensuite comparées. Enfin, l'étude de scénarios double strate est effectué afin d'analyser les inventaires d'actinides mineurs et de plutonium en cycle, ainsi que les déchets produits en fonction de la stratégie de transmutation adoptées et de l'évolution de la première strate.