The Use of EOLE and MINERVE Critical Facilities for the Generation 3 Light Water Reactors Studies

L’utilisation des maquettes critiques EOLE et MINERVE pour les études de réacteurs à eau légère de Génération III

¹ Comissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives, CEA/DEN/DER/SPEx
² CEA/DEN/DER/SPRC (France)

Abstract

The EOLE and MINERVE critical facilities of the CEA Cadarache play an important part in the validation of neutronic and photonic calculation schemes and associated nuclear data. In support of the Water Reactors studies, they are in particular used for obtaining a large and accurate experimental database for nuclides arising in plutonium and waste management (heavy nuclides and long lived fission products), exploring innovative systems and reducing the uncertainties associated to the prediction of most of the neutronic parameters. In the framework of the Gen-III reactors studies, these programs are important for supporting the validation of the APOLLO2 code and the JEFF3.1.1 nuclear data. Several proposals of new experimental programs in EOLE and MINERVE are currently studied in support of specific Gen-III reactors features (impact of the core internal instrumentation, improvement of the nuclear data of the associated materials…).

The EOLE facility is a small experimental reactor composed of a cylindrical vessel with an over structure of stainless steel able to contain various types of core, representative of different water-cooled reactors (PWR, BWR, future Jules Horowitz Reactor…). The MINERVE facility is a pool type reactor used as a driver zone for different water-cooled experimental lattices located in a central cavity. MINERVE experimental programs are performed by using the oscillation technique consisting in measuring the reactivity effect of an experimental sample in the central zone, with a calibrated rotary automatic pilot. The characterization of the experimental configurations and the measured parameters are obtained using various other types of experimental measurements and techniques (reactivity changes between core configurations with the MSM technique based on fission chamber counting rates, fine power distribution in the fuel elements by gamma-spectrometry measurements, spectral indices using miniature fission chambers and activation foils…).

Résumé

Les maquettes critiques EOLE et MINERVE du CEA Cadarache jouent un rôle important dans le processus de validation des schémas de calcul neutroniques et photoniques et des données nucléaires associées. En soutien aux études des réacteurs à eau légère, elles sont en particulier utilisées pour obtenir une large base de données expérimentales précises pour les noyaux impliqués dans la gestion du plutonium et des déchets nucléaires (noyaux lourds et produits de fission à vie longue), étudier des concepts innovants et réduire les incertitudes associées à la prédiction de la plupart des paramètres neutroniques. Dans le cadre des études de réacteurs de Génération III, ces programmes expérimentaux sont importants pour soutenir la validation du code APOLLO2 et des données nucléaires JEFF3. Plusieurs propositions de nouveaux programmes expérimentaux dans EOLE et MINERVE sont actuellement à l’étude pour valider des caractéristiques spécifiques des réacteurs de 3^ème Génération (impact de l’instrumentation interne sur le coeur, amélioration des données nucléaires des matériaux associés…).

La maquette EOLE est un petit réacteur expérimental constitué d’une cuve cylindrique avec une structure capable de contenir de nombreux types de coeurs, représentatifs des réacteurs à eau légère (REP, REB, futur réacteur d’irradiation Jules Horowitz…). La maquette MINERVE est un réacteur de type piscine utilisant une zone nourricière pour différents réseaux expérimentaux modérés à l’eau, situés dans une zone centrale. Les programmes expérimentaux de MINERVE sont réalisés en utilisant la technique d’oscillations, consistant à mesurer l’effet en réactivité d’un échantillon expérimental dans la zone centrale, à l’aide d’une barre rotative calibrée. La caractérisation des configurations expérimentales et les paramètres mesurés dans les deux réacteurs sont obtenus en utilisant différents types de mesures et techniques expérimentales (variations de réactivité entre différentes configurations mesurées à partir du taux de comptage de chambres à fission, distribution fine de puissance sur les éléments combustibles par mesures de spectrométriegamma, indices de spectre utilisant des chambres à fission miniatures et des détecteurs à activation, mesures d’échauffement gamma…).