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Ph.D. in Nuclear Engineering
Guy Marleau, Program Head and Professor in the Institut de génie nucléaire (IGN), Department of Engineering Physics
(514) 340-4711, ext. 4204, guy.marleau@polymtl.ca
The PhD in Nuclear Engineering aims to develop the advanced knowledge, intellectual rigour, scientific curiosity and creativity needed to enable program graduates to work professionally at the leading edge of their chosen field, pursue scientific research or teach in a university.
Through the program, candidates will broaden their knowledge and break new ground in their field, be able to understand and evaluate scientific literature, and develop rigour in their reasoning and experimentation.
Candidates who successfully complete the doctoral program in Nuclear Engineering obtain a Philosophiae Doctor (PhD) degree.
Undergraduate engineering degree, master’s degree from École Polytechnique or any other certification deemed appropriate and equivalent by École Polytechnique.
An excellent academic record does not guarantee access to the PhD program. Prospective candidates must also obtain the consent of a professor willing to supervise their work.
N.B. For information about the conditions under which a student may proceed directly from a master’s to a doctoral program without submitting a thesis, see Article 71.3 of the Règlements des études supérieures.
The PhD in Nuclear Engineering comprises 90 credits, distributed as follows:
| Credits | |
|---|---|
| Graduate-level courses | 15 (minimum) |
| Graduate-level courses Research/thesis |
75 |
The obligatory course Méthodes de recherche (ING6900) must be taken at the start of the program, no later than the third semester following initial enrolment, unless it has already been taken at the master’s level. Séminaires (ENE6906) is also obligatory unless it, too, has been taken at the master’s level.
N.B. Candidates who hold an advanced graduate diploma may be exempt from some or all of the required graduate courses, based on the terms set out in Article 73.1.2 of the Règlements des études supérieures.
Areas of specialization
Computational study of nuclear power plants – This field covers neutronics, thermohydraulics, nuclear simulation and control, and nuclear power plant safety. The computational analysis is carried out using software developed and qualified by the IGN’s Groupe d'analyse nucléaire (GAN) as well as with leading software used in the industry, with whom the IGN works closely.
Non-energy nuclear techniques – This field covers neutron activation analysis, radioisotope production and use, and low natural activity gauging. Radioisotope activation and production are carried out in the SLOWPOKE-2 reactor, a pool-type reactor able to generate a neutron flux of 1012n/cm2/s.
Two-phase flow theory and experimentation – The thermalhydraulics laboratory’s heat-transfer loop enables applied research on two-phase flows at high pressures and temperatures with phase change. These experiments in turn promote the development of new and advanced analytical models that serve as the design basis for energy system components.
Comprehensive Exam
Please refer to Article 75 for general conditions regarding the Comprehensive Exam.
Specific program terms
Details on the specific program terms are available from the Department of Engineering Physics secretary.
| Note | Sigle | Titre | Crédits |
|---|---|---|---|
| ENE6002 | Thermohydraulique des systèmes diphasiques | 3 | |
| ENE6101 | Physique statique des réacteurs | 3 | |
| ENE6102 | Cinétique des réacteurs nucléaires | 3 | |
| ENE6103 | Calcul neutronique des réacteurs | 3 | |
| ENE6107 | Thermique des réacteurs nucléaires | 3 | |
| ENE6109A | Gestion du combustible nucléaire | 3 | |
| ENE6110 | Laboratoire de génie nucléaire | 3 | |
| ENE6111 | Analyse par activation et radio-isotopes | 3 | |
| ENE6120 | Simulat. et commande des réacteurs nucléaires | 3 | |
| ENE6121 | Sûreté des centrales nucléaires | 3 | |
| ENE6906 | Séminaires | 1 | |
| ENE6918 | Projet d'études supérieures | 3 | |
| GCH6951# | C. SPÉC. : « titre du cours » | 1 | |
| GCH6952# | C. SPÉC. : « titre du cours » | 2 | |
| GCH6953# | C. SPÉC. : « titre du cours » | 3 | |
| ENE8105 | Rayonnement et radioprotection | 3 | |
| ENE8203 | Technologies nucléaires | 3 |
BA = baccalauréat ES = études supérieures CE = certificat
Nombre de crédits : 3 (3 - 0 - 6)
Département : Génie physique
Préalable(s) :
Corequis :
Descriptions lagrangienne et eulérienne des écoulements, théorème de transport de Reynolds, tenseur de contrainte. Loi de conservation généralisée et application aux écoulements monophasiques. Définitions et configurations d'écoulements diphasiques. Conditions d'interface gaz-liquide : théorème de transport de Reynolds pour une région comportant une interface, conditions d'interface locales pour la masse, la quantité de mouvement et l'énergie. Équations de conservation et conditions d'interface moyennées dans l'espace - modèle à deux fluides. Équations de conservation du mélange. Modèles d'écoulement homogène, séparé et à écart de vitesse. Ébullition en réservoir et en convection forcée. Calcul du titre et du taux de vide en ébullition sous-refroidie et saturée. Calculs de perte de pression.
Manuel(s) :
Notes :
Responsable(s) : Teyssedou, Alberto
Nombre de crédits : 3 (3 - 0 - 6)
Département : Génie physique
Préalable(s) :
Corequis :
Cinématique d'une collision élastique neutron-noyau et loi de choc. Définition et utilisation des sections efficaces et réactions nucléaires par noyau composé. Équation de Boltzmann pour l'étude du transport neutronique : définition et calcul du flux neutronique, loi de Fick, étude du milieu multiplicateur en régime permanent, discrétisation multigroupe. Résolution numérique de l'équation de transport et méthode des probabilités de collision. Calcul de réseau : ralentissement des neutrons et autoprotection des résonances, calcul des fuites neutroniques et coefficient de diffusion, évolution ponctuelle des noyaux.
Manuel(s) :
Notes :
Responsable(s) : Hébert, Alain
Site Web : http://moodle.polymtl.ca/course/view.php?name=ENE6101
Nombre de crédits : 3 (3 - 0 - 6)
Département : Génie physique
Préalable(s) :
Corequis :
Interactions neutrons-noyaux et fission. Bilan des neutrons dans un réacteur. Équation de diffusion et état stationnaire. Facteur de multiplication effectif et réactivité statique. Théorie des perturbations et adjoint du flux. Formulation générale et interprétation des paramètres de cinétique. Réponse à l'échelon de réactivité avec un ou plusieurs groupes de neutrons retardés. Polynôme caractéristique et relation période-réactivité. Linéarisation et approximation du saut prompt. Dynamique de l'iode et du xénon. Rétroaction de température et du vide. Coefficients de réactivité. Calcul du profil de température. Méthodes numériques. Réponse à une rampe de réactivité avec rétroaction. Cinétique espace-temps. Limites de la cinétique ponctuelle. Couplage neutronique et aplatissement du flux. Accident de Tchernobyl : description et simulation.
Manuel(s) :
Notes :
Responsable(s) : Koclas, Jean
Site Web : http://moodle.polymtl.ca/course/view.php?name=ENE6102
Nombre de crédits : 3 (3 - 0 - 6)
Département : Génie physique
Préalable(s) :
Corequis :
Présentation de la réaction en chaîne dans le contexte du calcul de réacteur. Formulation de l'équation de la diffusion à deux groupes d'énergie. Discrétisation de l'équation de diffusion statique : méthode des différences finies classique, méthode des différences finies centrées, éléments finis lagrangiens primaux, méthode analytique nodale. Théorie généralisée des perturbations. Rappel de la cinétique ponctuelle. Cinétique espace-temps implicite. Présentation du code DONJON pour simulation « coeur-entier » d'un réacteur nucléaire. Application de la méthode de Monte-Carlo en approximation multigroupe.
Manuel(s) :
Notes :
Responsable(s) : Hébert, Alain
Site Web : http://moodle.polymtl.ca/course/view.php?name=ENE6103
Nombre de crédits : 3 (3 - 0 - 6)
Département : Génie physique
Préalable(s) :
Corequis :
Notions fondamentales de transfert de chaleur : conduction, convection et rayonnement appliqués aux réacteurs nucléaires. Conduction unidirectionnelle et multidimensionnelle, en régime permanent et transitoire dans des parois plates, cylindriques et sphériques. Transfert de chaleur par convection forcée sans changement de phase dans des tubes, échangeurs de chaleur et grappes de combustible nucléaire. Convection naturelle. Concepts de base de l'ébullition. Ébullition en réservoir et en convection forcée : physique de l'ébullition, méthodes et corrélations pour évaluer le transfert de chaleur. Description des circuits thermohydrauliques des centrales nucléaires. Particularités du transfert de chaleur dans les réacteurs nucléaires. Étude neutronique-thermohydraulique du canal d'un réacteur : distribution des températures, puissance de pompage et optimisation de la puissance nette.
Manuel(s) :
Notes :
Responsable(s) : Teyssedou, Alberto
Site Web : http://www.cours.polymtl.ca/ene6107
Nombre de crédits : 3 (3 - 0 - 6)
Département : Génie physique
Préalable(s) :
Corequis :
Vue d'ensemble du cycle du combustible nucléaire, de la mine à la disposition ultime des déchets. Fabrication du combustible : extraction, enrichissement, conversion et coût du combustible. Évolution du combustible sous irradiation : filières de réacteurs, irradiation et évolution isotopique des matériaux, taux de combustion, effet des paramètres locaux. Comportement du combustible sous irradiation : performance thermique, gonflement, relâchement de produits de fission, propriétés mécanique de l'UO2 et interactions gaine/combustible. Gestion du combustible dans les réacteurs à eau pressurisés : modèle de réactivité linéaire, cycles de rechargement et longueur de campagne, contrôle de l'excès de réactivité, optimisation du rechargement par méthodes méta-heuristiques. Gestion du combustible dans les réacteurs CANDU : période initiale, équilibre du rechargement et suivi du coeur, limites d'opération et critères de sélection des rechargements. Cycles avancés : recyclage, cycle au plutonium, cycle au thorium, calcul de scénarios. Disposition du combustible irradié : retraitement, stockage temporaire et permanent.
Manuel(s) :
Notes :
Responsable(s) : Marleau, Guy
Nombre de crédits : 3 (3 - 3 - 3)
Département : Génie physique
Préalable(s) :
Corequis :
Normes de sécurité dans une installation nucléaire. Appareillage de détection et de mesure des rayonnements ionisants. Détermination du point d'engorgement dans un écoulement à contre-courant: mesure du taux de vide. Flux de chaleur critique. Mesure des pertes de pression dans les sous-canaux interconnectés. Mesure de section-efficace d'activation et de demi-vie de radio-isotopes. Longueur de diffusion et de ralentissement du graphite. Facteur de multiplication et distribution du flux dans un réacteur sous-critique uranium naturel-graphite. Réacteur critique SLOWPOKE : approche sous-critique, calibration de la barre de contrôle, saut de réactivité, excursion de puissance et coefficient de température.
Manuel(s) :
Notes :
Responsable(s) :
Nombre de crédits : 3 (3 - 0 - 6)
Département : Génie physique
Préalable(s) :
Corequis :
Réactions nucléaires, radioactivité induite, méthodes d'activation, sources de neutrons et de particules chargées, analyse qualitative et quantitative, instrumentation, spectroscopie gamma, emploi des ordinateurs, applications (matériaux, pollution, criminologie, recherche scientifique,...). Radio-isotopes : préparation (réacteurs nucléaires, cyclotrons, générateurs isotopiques), propriétés, utilisation (traceurs, datation, jauges, radiographie, radiothérapie, médecine nucléaire, stérilisation, piles,...).
Manuel(s) :
Notes :
Responsable(s) :
Nombre de crédits : 3 (3 - 0 - 6)
Département : Génie physique
Préalable(s) :
Corequis :
Description du coeur d'un réacteur nucléaire de type CANDU. Mécanismes de contrôle. Calculs de réacteurs statiques et dynamiques. Cinétique ponctuelle et relations avec cinétique espace-temps. Méthodes numériques. Paramètres locaux, effet Xénon. Réactivité statique et réactivité dynamique. Détecteurs de flux. Système de régulation du réacteur. Mesure et calibration de puissance. Consigne et erreur de puissance. Contrôle global et différentiel des barres liquides, contrôle des barres de compensation et des barres solides. Cartographie du flux. Baisse contrôlée de puissance et recul rapide de puissance. Systèmes d'arrêt et logique deux de trois.
Manuel(s) :
Notes :
Responsable(s) : Koclas, Jean
Nombre de crédits : 3 (3 - 0 - 6)
Département : Génie physique
Préalable(s) :
Corequis :
Risques et effets biologiques des radiations. Conception des systèmes de sûreté des centrales nucléaires; utilisation des approches probabiliste et déterministe. Classification et phénoménologie des principaux types d'accidents nucléaires. Analyses de sûreté. Les accidents de Three Mile Island et de Tchernobyl : leçons apprises. Réglementation, rôle des organismes nationaux et internationaux. Responsabilités des exploitants. La recherche en sûreté; la sûreté intrinsèque.
Manuel(s) :
Notes :
Responsable(s) : Koclas, Jean
Nombre de crédits : 1 (0 - 0 - 3)
Département : Génie physique
Préalable(s) :
Corequis :
Exposés et discussions d'articles, de sujets de mémoires et de thèses, ainsi que des sujets choisis ayant rapport avec les cours ou les travaux de recherches de l'Institut. Présentation orale d'un sujet choisi en collaboration avec son directeur de recherche.
Manuel(s) :
Notes : Ce cours est obligatoire pour tout étudiant inscrit à la maîtrise recherche en génie énergétique.
Responsable(s) : Marleau, Guy
Site Web : http://moodle.polymtl.ca/course/view.php?name=ENE6906
Nombre de crédits : 3 (0 - 0 - 0)
Département : Génie physique
Préalable(s) :
Corequis :
Projet d'études supérieures accompli sous la direction d'un professeur du département et comprenant une étude d'application de haut niveau ainsi que la rédaction d'un rapport de projet. Le travail comprend au moins 9 heures par semaine consacrées au projet pendant 15 semaines pour un total de 135 heures.
Manuel(s) :
Responsable(s) :
Nombre de crédits : 3 (3 - 0 - 6)
Département : Génie physique
Préalable(s) : PHS3104 ou équivalent
Corequis :
Modèles atomique et nucléaire. Interaction du rayonnement avec la matière, règle d'or de Fermi et définition des sections efficaces, diffusion de Rutherford. Interaction des électrons avec la matière. Interactions des particules lourdes chargées avec la matière. Interactions du rayonnement électromagnétique avec la matière. Interaction des neutrons avec la matière. Effets biologiques des rayonnements : notions de base, caractérisation, intensité et mode d'irradiation. Normes de sécurité. Écrans de radioprotection. Détection du rayonnement dans un but de protection. Sources de rayonnement dans l'environnement.
Manuel(s) :
Notes :
Responsable(s) : Marleau, Guy
Nombre de crédits : 3 (3 - 0 - 6)
Département : Génie physique
Préalable(s) : 70 cr. pour les étudiants au baccalauréat
Corequis :
Vue d'ensemble des technologies nucléaires : réacteurs de recherche, applications en médecine, applications industrielles, réacteurs de puissance. Précis de physique moderne : équivalence masse-énergie, mécanique quantique et physique atomique. Physique nucléaire : radioactivité, réactions nucléaires, atténuation du rayonnement, interaction des photons, des neutrons et des particules chargées avec la matière. Détection du rayonnement. Effet du rayonnement sur l'organisme et applications médicales. Radio-isotopes et applications industrielles. Principes de fonctionnement des réacteurs de recherche et de puissance. Réacteurs CANDU, à eau pressurisée, à eau bouillante, à neutrons rapides et de 4e génération. Réacteurs de recherche, conversion directe de l'énergie et applications industrielles du rayonnement.
Manuel(s) :
Notes :
Responsable(s) : Koclas, Jean
Site Web : http://moodle.polymtl.ca/course/view.php?name=ENE8203
École Polytechnique de Montréal
Registrar
C.P. 6079, succ Centre-ville
Montréal (Québec) CANADA, H3C 3A7
Phone : 514 340-4724
Fax : 514 340-5836
Email : registraire@polymtl.ca
Pavilion : Principal
Local : A-201
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