Proposition de post-doctorat CEA

1. Proposition de post-doctorat
DOMAINE DE RECHERCHE
Energie, Nucléaire , fission , 4
ème
génération, thermique, écoulements / Sciences pour l’ingénieur
INTITULÉ DE LA PROPOSITION
Contribution à la conception d’un réacteur de petite taille (SMR) de 4ème
génération à
sûreté accrue
RÉSUMÉ DE LA PROPOSITION
Dans le contexte des recherches sur les réacteurs nucléaires de quatrième génération, le CEA
travaille sur les Réacteurs à Neutrons Rapides refroidis au sodium (RNR-Na). Le Laboratoire de pré-
Conception et Optimisation des Systèmes (LCOS), accueillant le post-doctorat, réalise des études de
conception et des études de fonctionnement et de sûreté de ces réacteurs : calculs de transitoires,
études probabilistes de sûreté (EPS), études de dimensionnement/optimisation de systèmes.
Les réacteurs nucléaires de petite taille (SMR) (50-500MWth) peuvent répondre aux nouvelles
problématiques énergétiques grâce à leur flexibilité, leur coût, leur sûreté, leur fabricabilité, leur
aisance d’exploitation, leur facilité d’intégration aux réseaux électriques et leur compatibilité avec les
énergies renouvelables. Un niveau de sûreté accru peut être atteint par ce type de réacteur, grâce à
l’intégration d’un cœur innovant de 4
ème
génération et à une simplification de la conception
d'ensemble. . Le cœur repose sur un concept RNR-Na CADOR, résistant naturellement à tous les
transitoires accidentels sans chute de barres, grâce aux contre-réactions et notamment l'effet Doppler.
Le travail de post-doctorat consiste à étudier les options de conception de la chaudière qui pourraient
être proposées pour améliorer significativement la sûreté et la simplicité de ce type de réacteurs ; pour
cela, on explorera plusieurs voies de conception de réacteurs à neutrons rapides de petite taille
(<500MWth), refroidi au sodium (RNR-Na), en rupture par rapport aux designs actuels ou étudiés
dans le passé. La démarche est guidée par la volonté de développer la sûreté intrinsèque du réacteur
et de simplifier le design. Tout d’abord, il conviendra de définir des systèmes innovants d’évacuation
de la puissance résiduelle pour le réacteur à l’arrêt, voire d’évacuation de la puissance nominale du
cœur, pour le réacteur en fonctionnement normal, dans le cadre d’une application purement calogène.
afin de franchir un palier dans la sûreté de ce type de réacteur, notamment pour les analyses post-
Fukushima. Ensuite, dans le cadre d’une application hybride électrogène et calogène, le travail
consistera à étudier la conception d’un Système de Conversion d'Energie (SCE) couplé à de la
cogénération. Ce SCE pourrait être à gaz, à eau/vapeur ou à CO2 supercritique.
On pourra ensuite s’intéresser à l’étude d’options de conception structurantes de la chaudière en vue
de réductions de coûts et de simplifications pour, notamment, faciliter la convection naturelle dans le
circuit primaire.
Le CEA a développé un outil de simulation numérique, COPERNIC, pour la pré-conception de
chaudière innovante de réacteur à eau légère et de réacteur de 4
ème
génération. L’intérêt de cet outil
est de montrer un rapport performance/ temps de calcul, tout à fait adapté à ce type d’étude, en
utilisant des modèles simples de thermohydraulique et de thermique permettant de simuler des
phénomènes physiques complexes. Le travail de post-doctorat consistera donc également à adapter
les modèles déjà implémentés dans l’outil COPERNIC, et en développer de nouveaux, pour réaliser
les études de conception présentées ci-dessus.
INFORMATIONS PRATIQUES
Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA)
Département d’Etudes des Réacteurs/Service d’Etudes des Systèmes lnnovants
Cadarache, France

2. DOMAINES
Conception de réacteur, physique des réacteurs, sûreté, thermohydraulique
DATE DE DÉBUT SOUHAITÉE
Date de début souhaitée le 01/10/2017
PERSONNE A CONTACTER PAR LE CANDIDAT
Paul GAUTHE (paul.gauthe@cea.fr)

3. Proposal of a postdoctoral position
Contribution to the design of an innovative small reactor of 4th
generation with
an enhanced safety
The post-doctoral position is proposed in the Nuclear System Pre-Design and Optimization Laboratory
within the Reactor Study Department at CEA Cadarache. The nuclear systems studied in the lab can
concern one reactor component up to the reactor whole design. These studies integrate pre
conceptual design, reactor operation and safety requirements with deterministic or probabilistic
approaches. The studies are dedicated to reactors currently in design (SMR, innovative LWRs, GEN-
IV sodium-cooled fast reactors), reactors under construction (JHR) or reactors in operation (CEA
experimental reactors). The lab gathers skills in several disciplines such as thermohydraulics,
energetics, neutronics, mecanics, technico-economics.
The Small Modular Reactors (SMR) (50-500MWth) can answer the energy challenges thanks to their
flexibility, their cost, their safety, their manufacturability, their easiness of operation, their easiness of
integration in electricity networks and their compatibility with the renewable energies. An enhanced
safety level can be reached by this reactor type thanks to the integration of an innovative nuclear core
of 4th generation on one hand, and to a simplification of the reactor general design on the other hand.
The core relies on a CADOR nuclear core concept, featured by a reinforced Doppler reactivity
feedback, and consequently resisting naturally in accidental conditions.
The post-doctoral work consists in studying the design options of the nuclear reactor which could be
proposed to improve significantly the safety and simplicity of this reactor type; for this purpose, several
ways of reactor design that break away from conventional designs studied today or in the past will be
explored. The innovative design approach is guided by the intention to develop the reactor intrinsic
safety and to simplify the system design. First of all, innovative systems of decay heat removal after a
reactor shutdown, or even systems of nominal heat removal for a reactor normal operation, only in
order to produce heat, will be proposed to make a step change towards enhanced safety, in particular
in post-Fukushima scenarii. Besides, in order to produce both electricity and heat at the same time,
the design of an energy conversion system and a cogeneration system could be studied. Innovative
technological designs that break with conventional solutions, such as designs to improve the natural
convection could also be explored.
CEA has developed a numerical simulation tool, COPERNIC, dedicated to innovative reactor pre-
design for light water reactors and reactors of 4
th
generation. A very interesting point of this tool is
shown by the performance/computation time well adapted to this study type, by using simplified
models of thermal-hydraulics and thermics allowing the modelling of complex physical phenomena.
The post-doctoral work will also consist in adapting models already implemented in the COPERNIC
tool, and even to propose new ones if necessary to perform the design studies presented above.
Employer: Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives – CEA (Atomic Energy
Commission)
Location: Cadarache, France
Disciplines: reactor design, reactor physics, safety, thermohydraulics
To apply: contact electronically Paul Gauthé (paul.gauthe@cea.fr)
The position will remain open until a suitable candidate is identified; however, applications received in
September will receive priority.