Tuto de physique des réacteurs

Bonjour à tous,

J'ouvre ce topic pour que l'on puisse discuter d'un plan pour un tuto de physique nucléaire/physique des réacteurs. Il y a une bonne partie un peu technique, mais aussi des questions de pédagogie et d'organisation auxquelles tout le monde peut répondre.

Le constat

Il y a déjà eu des tentatives, que ce soit ici ou sur le SdZ, et elles n'ont jamais abouti. La plupart du temps, la raison incriminée était un manque de recul, menant à un plan trop scolaire. L'autre raison principale semblait tenir d'un problème de définition des objectifs, avec des apartés dans la physique des particules qui ne sont pas nécessaires pour comprendre le fonctionnement d'un réacteur.

Une autre raison qui me semble pousser à l'échec ces tentatives est l'ampleur de la tâche. Trouver un ou plusieurs co-auteurs pourrait aider. Une découpe du tuto en plusieurs mini-tutos pourrait aider aussi, et si je ne m'abuse, la refonte des tutos en se basant sur l'extrait permettrait de fusioner facilement ces tutos pour un faire un plus grand, tout en permettant que le travail sorte régulièrement. J'y reviendrai.

Contenu possible

Je parlais de l'ampleur de la tâche. J'ai donc commencer à essayer de résumer les sujets à aborder, et de les classer par groupe. Ce n'est pas une tentative de plan, je suis ici pour en trouver un avec vous.

• Les bases
  • Histoire
  • Le noyau et l'énergie de liaison
  • Les types de radioactivité
  • La loi de décroissance radioactive
  • Les réactions en chaîne
• Un peu de théorie
  • Sections efficaces
  • Le facteur de multiplicité
  • Le ralentissement des neutrons
• Un réacteur
  • Le combustible
  • Le circuit de refroidissement
  • Le générateur de vapeur
  • Les systèmes de sécurité
• La GEN IV
  • L'americium et le curium
  • Les neutrons rapides
  • Une sécurité accrue (en parlant aussi des améliorations de la GEN III)

Même là, ce qu'il reste est très vaste : Les différents types de réacteurs, la thermohydraulique, la physique des radiations, et une partie énorme de la physique des réacteurs à proprement parler (Laplacien géométrique, …), le traitement des déchets, l'extraction de l'uranium, l'enrichissement du combustible et encore probablement bien plus…

Après, je pense qu'il est aussi important d'avoir une liste de sujet à éviter, ou à développer uniquement dans un paragraphe court. Les premiers qui me viennent à l'esprit sont la fusion, la physique des particules, la structure du noyau, les bombes…

Il serait aussi possible de faire des TP, puisque le MIT a publié un code neutronique en open-source. Ça prendrait du temps puisque je n'ai travaillé qu'avec un autre code, il faudrait que je me renseigne si une base de donnée des sections efficaces (du type JEFF3.1.1) est aussi en accès libre, mais ça me semble possible.

Organisation

Le but c'est d'avoir un plan non scolaire. Typiquement, il faudrait trouver une question à base de “Comment …?” et y répondre. Après, ça peut poser des problèmes de logique. Par exemple, si le but est de répondre à “Comment créer un concept de réacteur”, la première étape serait très probablement de choisir des dimensions, un combustible, un caloporteur/ralentisseur de neutron, une puissance linéaire et de calculer une distribution radiale des températures. On n'a pas du tout besoin de connaître les bases pour faire ça… Et si on veut éviter le tuto qui est en rédaction pendant 5 ans avant d'être fini, il va falloir trouver une série de problèmatiques pour pouvoir publier des mini-tutos, qui se suivent logiquement, afin de les fusionner plus tard.

Questions

Donc je suppose que la question principale de ce message, c'est de connaître votre point de vue sur la question. Quels sujets devraient être abordés ? sous quel angle ? Dans quel ordre ? en combien de tutos ? Comment on se différencie des autres courts en ligne ? Des autres idées de TP ?

Et dans le cas où on trouverait un concensus, quelqu'un serait partant pour aider ? Pour relire ? Surtout pour aider en fait…

Merci pour vos commentaires constructifs !

ça me parait intéressant, mais effectivement difficile à organiser.

Pour ce que tu appelles les bases, un tuto était en cours de rédaction il me semble, mais aucune idée de où ça en est.

Je pense que faire plusieurs tutos serait un meilleur choix, ça serait plus simple pur les lecteurs, un collégien qui prépare un exposé sur les sources d'énergie peut très bien comprendre le principe de fonctionnement d'un réacteur sans avoir besoin de notions en physique des particules ou en neutronique.

En plus ça serait extensible à volonté, si quelqu'un est motivé pour y ajouter un tuto sur la radioprotection, le cycle du combustible… et du coup

edit : le risque, ça serait par contre qu'on se retrouve avec des tutos avancés et aucun contenu de "base".

Après, je pense qu'il est aussi important d'avoir une liste de sujet à éviter, ou à développer uniquement dans un paragraphe court. Les premiers qui me viennent à l'esprit sont la fusion, la physique des particules, la structure du noyau, les bombes…

ça ne serait plus un problème, ces sujets pourraient faire l'objet d'un développement à part.

edit : le risque, c'est de se retrouver avec des tutos avancés et aucun contenu de "base".

Oui, Phigger avait commencé, mais n'a plus donné de nouvelles depuis des mois. Tcit avait essayé d'en écrire un sur le SdZ. Dans les deux cas, le problème (ou un des problèmes) avait été un plan trop scolaire, dénotant probablement un manque de recul. Si l'un des deux (ou les deux) passent par ici, ils pourront peut-être donner des détails.

Du coup, l'idée c'est de se placer plus d'un point de vue tuto, et d'essayer de répondre à des questions simples, en utilisant des concepts qui ne le sont pas forcément. Une question sur la datation par exemple pourrait permettre de détailler les types de radioactivité et la loi de la décroissance radioactive. En parlant de la création du carbone 14, ça ouvre encore des possibilités.

Si on part sur l'idée de plein de tutos, il faudrait organiser tous ces sujets de manière cohérente, pour éviter les redites et les zones non couvertes. Et là, j'en appelle à votre aide pour trouver une organisation qui nous satisfasse tous. Vu l'ampleur du travail, j'ai moyennement envie de le commencer tant qu'on ne sera pas plus ou moins d'accord sur une organisation.

Pour ton édit, ça va dépendre de ce que tu appelles contenu de base. Mais je ne compte pas écrire des tutos de thermodynamique ou de transfert de chaleur, tout au plus un petit rappel rapide au début des chapitres qui demandent une connaissance de ces notions.

J'aime bien l'idée.

Un peu comme le concentré de savoir qui se fait sur Rosetta et compagnie ? En soit, ce serait pas mal, mais je ne suis pas sur que multiplier les gros projets permettent d'en avoir plus qui aboutissent. D'autant qu'il n'a démarré « que » il y a 1 mois et demi.

À mon sens, faire un seul tuto serait assez compliqué. On peut parler de la radioactivité de manière assez quantitative, les notions mathématiques nécessaires étant de niveau lycée. Mais on peut aussi parler des réacteurs sans faire aucun calculs. Si on met les parties les unes derrières les autres, on risques de bloquer au niveau des connaissances requises pour lire le tuto.

Aparté : Le livre de physique statistique de Diu a une approche qui me plaît beaucoup. Il fait un chapitre de connaissance de base, puis 4/5 chapitre de complément qui nécessitent d'avoir lu le 1er chapitre et éventuellement un autre chapitre complémentaire. Puis il enchaîne sur un 2sd chapitre « de base » qui ne fait appel à aucun chapitre complémentaire. Puis sur des compléments… Ainsi, on peut garder une ligne directrice avec assez peu de notions nécessaire tout en allant assez loin. Fin de l'aparté.

Ça me parait être une bonne idée.

Je ne pense pas qu'il y ait ce problème. J'ai largement le niveau nécessaire pour parler de radioactivité et compagnie (typiquement, la 1ère partie), mais ne pourrait pas faire le reste (il m'ait impossible d'expliquer à quelqu'un ce qu'est une section efficace).

Ça fait partie de ma liste de truc À faire. C'est programmé pour avant 2025.

Un peu comme le concentré de savoir qui se fait sur Rosetta et compagnie ? En soit, ce serait pas mal, mais je ne suis pas sur que multiplier les gros projets permettent d'en avoir plus qui aboutissent. D'autant qu'il n'a démarré « que » il y a 1 mois et demi.

Un peu, mais pas comme. Je pensais à une proximité thématique, dont le but était de limiter l'effort rédactionnel avant de voir un résultat concret, mais pas une proximité temporelle. Ni forcément en impliquant beaucoup de monde, j'aimerais juste trouver une ou deux personnes pour m'aider.

L'approche de Diu est intéressante. Ça pourrait donner quelque chose comme

• Comprendre la datation

  • Radioactivité et loi de décroissance radioactive
  • Différents type de radioactivité
  • Introduction aux diagramme de Feynman (?)

• D'où vient l'énergie nucléaire ?

  • Énergie de liaison
  • Réaction en chaîne
  • Principe qualitatif d'un réacteur

• Comment maintenir une réaction en chaîne ?

  • La formule des 6 facteurs
  • Les sections efficaces
  • Les poisons neutroniques

• Les parties non techniques de l'énergie nucléaire

  • Histoire
  • Perception du public et idées communes
  • Économie (?)

• Le cycle du combustible nucléaire

  • Extraction
  • Transport
  • Du minerai au UF6
  • Enrichissement
  • Retraitement
  • Stockage

Avec bien sûr la possibilité d'ajouter beaucoup d'autres tutos. J'aimerais bien avoir l'avis de Phigger et Tcit (puisqu'ils s'y sont déjà essayé) et de @dri1 (et de tout autre physicien sur le forum). Si vous passez par ici, n'hésitez pas.

Il y a une base de données très importante disponible grâce au NEA (sections efficaces (dont les JEFF) mais pas que) : http://www.oecd-nea.org/janis/

Je déterre, mais si ça peut être utile (même si pas pour ce projet).

J'en profite pour demander plus d'informations sur ce code neutronique opensource ?

Pour les précisions, ça va être dur vu que je ne l'ai pas encore installé, mais je pensais à http://mit-crpg.github.io/openmc/

J'ai écrit un plan avancé sur une version papier y'a quelques jours pour un premier tuto, dont le but serait de calculer l'évolution de la radioactivité d'un combustible. Ça peut se faire en évitant toute la partie physique des réacteurs qui est un peu compliquée au début, tout en permettant d'introduire des notions comme la structure de l'atome ou la loi de décroissance radioactive, qui serviront pour ces autres tutos un peu plus avancés. Par contre, j'ai beaucoup de boulot dernièrement, donc je ne donne aucune date.