La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

Réactions photonucléaires Création dune bibliothèque Mesures de neutrons retardés Marie-Laure GIACRI-MAUBORGNE CEA Saclay, DSM/DAPNIA/SPhN.

Présentations similaires


Présentation au sujet: "Réactions photonucléaires Création dune bibliothèque Mesures de neutrons retardés Marie-Laure GIACRI-MAUBORGNE CEA Saclay, DSM/DAPNIA/SPhN."— Transcription de la présentation:

1 Réactions photonucléaires Création dune bibliothèque Mesures de neutrons retardés Marie-Laure GIACRI-MAUBORGNE CEA Saclay, DSM/DAPNIA/SPhN

2 2 26/01/2005 Production de faisceau dions radioactifs Sources de neutrons Transmutation des déchets nucléaires Radioprotection des accélérateurs délectrons Interrogation active des déchets nucléaires Détection de matériaux nucléaires Étude de lexcitation et de la désexcitation des noyaux Étude du processus (,fission) (n,fission) Accès direct à des noyaux composés uniques ( 237 Np, 241 Am, …) Intérêt des réactions photonucléaires

3 Plan I Construction dune bibliothèque photonucléaire pour CINDER90 Différentes sources de sections efficaces –Évaluations IAEA –Calculs HMS-ALICE (test, modification, validation) –Calculs GNASH pour les actinides Distributions de fragments de fission avec le modèle ABLA Spectres de décroissance par neutrons retardés avec le modèle ABLA II Expériences Étalonnage du détecteur Mesures de neutrons retardés au « 4 MV » Mesures de neutrons retardés à ELSA

4 CINDER90: Présentation Pour les neutrons Code de calcul dévolution dédié à la transmutation (W. B. Wilson, LANL) Gamme en énergie : 0 à 25 MeV sur 63 groupes 3400 isotopes –259 noyaux stables –736 noyaux avec des sections efficaces –1325 produits de fission 60 distributions de produits de fission pour : –30 noyaux –3 énergies de neutrons (lents, rapides et 14 MeV) –la fission spontanée

5 CINDER90: Extension aux photons (travail de thèse) Pour les photons Même gamme en énergie que pour les neutrons Mêmes isotopes 25 groupes au lieu de 63 –Pas entre chaque groupe : 1 MeV 90 distributions de fragments de fission –30 noyaux –3 spectres de photons : Bremsstrahlung E max : 10, 15 et 25 MeV

6 Extension de la bibliothèque aux photons Bibliothèque Photons E<25 MeV Z84 Sections efficaces IAEA 155 isotopes Produits de fissionSections efficaces Z>84 9 isotopes Sources de sections efficaces photonucléaires Évaluations de lIAEA

7 235 U Extension de la bibliothèque : Évaluations de lIAEA 133 Cs (,abs) Évaluations de lIAEA 164 noyaux parmi les plus couramment utilisés Très souvent basées sur des données expérimentales Base fiable pour les calculs dévolution

8 Extension de la bibliothèque aux photons Bibliothèque Photons E<25 MeV Les autres HMS-ALICE Z84 Sections efficaces Produits de fissionSections efficaces Z>84 IAEA 155 isotopes 9 isotopes Sources de sections efficaces photonucléaires Évaluations de lIAEA Calculs HMS-ALICE

9 Validation dHMS-ALICE HMS-ALICE Code prédictif de sections efficaces Calculs rapides Noyaux lourds : bien reproduits Noyaux légers : difficiles à reproduire Suffisant pour un code dévolution (résultats à facteur 2-3 près) Noyaux déformés : problème sur labsorption Photoabsorption à modifier avant les calculs sur les noyaux fissiles

10 HMS-ALICE : Photoabsorption Paramétrisation de labsorption Utilisation en entrée des données de la bibliothèque RIPL 2 pour i et E i Utilisation de la règle de somme pour i

11 HMS-ALICE: Résultats de la nouvelle paramétrisation Amélioration par rapport aux anciens résultats Validation par rapport aux données expérimentales

12 Nouvelle paramétrisation: Systématique 237 Np 238 U 233 U 232 Th 239 Pu 236 U 235 U 234 U

13 HMS-ALICE: Sections efficaces pour les actinides Bons résultats Évaluations plus précises des actinides importants comme 237 Np, 241 Am … Calcul avec GNASH 238 U 235 U

14 Extension de la bibliothèque aux photons Les autres Bibliothèque Photons E<25 MeV HMS-ALICE Z84 Sections efficaces Produits de fissionSections efficaces Z>84 IAEA 155 isotopes 9 isotopes GNASH 3 isotopes Sources de sections efficaces photonucléaires Évaluations de lIAEA Calculs HMS-ALICE Amélioration des sections efficaces par lutilisation de GNASH pour : – 237 Np – 240 Pu – 241 Am

15 Résultats de GNASH Pu (,fiss) (,1n) (,2n) (,fiss) (,1n) (,2n) U GNASH Code dévaluation Besoin de données expérimentales Première utilisation pour la photofission des actinides –Absorption : modèle précédent –Entrée : données neutrons moins la voie dabsorption du neutron –Ajustement des barrières de fission Validation de la méthode sur 235 U, 238 U et 239 Pu Évaluation dactinides non présents dans la bibliothèque de lIAEA

16 GNASH: 237 Np Pas de mesure directe de labsorption Seulement deux mesures avec des photons mono-énergétiques (Bermann et Veyssière) Jusquà 30% décart entre les mesures Validation par des mesures intégrales Np (,fiss) (,1n) (,2n)

17 237 Np : Comparaisons à des mesures intégrales Comparaison du taux de fission avec les différentes sections efficaces expérimentales. [Kas92] NSE 111, 368 (1992) Comparaison du taux de fission relatif du 237 Np pour différentes énergies par rapport à l 238 U [Hui54] PR 95, 1009 (1954) [Ale86] YF (1986) E max =30 MeV Taux de fission par rapport à [Kas92] Bermann1.2 Veyssière0.93 GNASH1.06 Énergie max. (MeV)11.5 [Ale86] 17 [Hui54] 20 [Hui54] Données exp.2.71 ± ± ± 0.11 GNASH

18 GNASH: 241 Am, 240 Pu Nécessaire davoir plus de données pour faire dautres évaluations Taux de fission relatif de l241 Am par rapport à l 238 U [Vin76] YF (1976) [Ale86] YF (1986) Énergie (MeV)GNASHExpérimental 11.5 [Ale86] ± [Vin76] ± [Vin76] ± Pu 241 Am

19 Extension de la bibliothèque aux photons Les autres Bibliothèque Photons E<25 MeV HMS-ALICE Z84 Sections efficaces Produits de fissionSections efficaces Z>84 IAEA 155 isotopes 9 isotopes GNASH 3 isotopes ABLA Sources de sections efficaces photonucléaires Évaluations de lIAEA Calculs HMS-ALICE Amélioration des sections efficaces par lutilisation de GNASH pour : – 237 Np – 240 Pu – 241 Am Insertion de distributions des fragments de fission – Modèle ABLA (GSI)

20 ABLA: Résultats pour luranium Bonne reproduction en masse pour luranium : en fonction de lénergie et de lisotope 238 U 235 U 15 MeV 25 MeV Rendement (%) DATA ABLA Masse (A) Rendement (%) ABLA Excitation du noyau : (,abs) modèle précédent Traitement semi- empirique de la distribution des fragments de fission

21 ABLA : 239 Pu Ajustements des paramètres du modèle : modification dun puits de potentiel Étude systématique nécessaire 239 Pu Masse (A) Rendement (%) Data ABLA ( nouveau paramètre) ABLA 28 MeV

22 ABLA : 232 Th Masse (A) Data ABLA E =9 MeV E =15 MeV Rendement (%) Données expérimentales : Rares, larges incertitudes, quelques lacunes

23 Extension de la bibliothèque aux photons Les autres Bibliothèque Photons E<25 MeV HMS-ALICE Z84 Sections efficaces Produits de fissionSections efficaces Z>84 IAEA 155 isotopes 9 isotopes GNASH 3 isotopes ABLA Sources de sections efficaces photonucléaires Évaluations de lIAEA Calculs HMS-ALICE Amélioration des sections efficaces par lutilisation de GNASH pour : – 237 Np – 240 Pu – 241 Am Insertion de distributions des fragments de fission – Modèle ABLA (GSI) Neutrons retardés

24 Extraction des six groupes de neutrons retardés ABLA : distributions individuelles de fragments de fission CINDER90 : calcul des distributions cumulatives g6.x : identifications des précurseurs classement en six groupes Utilisation possible de nimporte quelle distribution de fragments de fission Première utilisation dans le cadre de létude de lactivation liée aux neutrons retardés dans la cible de spallation (PbBi) à PSI (Delayed Neutrons in Liquid Metal Spallation Targets, D. Ridikas et al., Proc. Int. Workshop NEMEA-2, Oct., 2004, Bucarest, Roumanie)

25 Étude de la décroissance par neutrons retardés Fragments de fission très riches en neutrons décroissance ou -n Plus de 300 noyaux précurseurs connus Étude de la décroissance -n des fragments de fission : test partiel des distributions et contraintes sur le modèle

26 Étude de la décroissance par neutrons retardés Lémission de neutrons retardés sécrit : T 1/2 compris entre quelques ms et 100 s En physique des réacteurs, regroupés en 6 groupes en fonction du temps de vie. Lémission de neutron sécrit alors

27 Nombre de neutrons retardés par fission: d Spectre de décroissance en fonction du temps dirradiation : Cas particuliers: A léquilibre ( T irr >> T 1/2 ) Temps dirradiation très court ( T irr << T 1/2 )

28 Résultats dABLA pour les neutrons retardés Temps de vie bien reproduits. Rendements à travailler. Les résultats sont encourageants mais des progrès restent à faire à différents niveaux : la modélisation dans ABLA et les données sur les précurseurs. Données : Atom. Ener, 20, 268 (1965)

29 d en fonction de lénergie 238 U Pour les neutrons: d constant puis décroît avec la fission de seconde chance Pour les photons: même comportement attendu Confirmation expérimentale impossible Comportement prédit par ABLA Données expérimentales : rares, incertitudes importantes Nécessaire de faire de nouvelles mesures et si possible à différentes énergies

30 Expériences menées à Bruyères-Le-Châtel Étalonnage du détecteur et comparaison à lefficacité simulée Expérience test de mesure de la décroissance en neutrons retardés suite à la fission induite par neutrons de 2 MeV sur l 238 U au « 4 MV » –Mesure de d –Spectre de décroissance Mesure de la décroissance en neutrons retardés suite à la photofission sur l 238 U à ELSA –Mesure de d –Spectre de décroissance

31 Expériences de mesure de neutrons retardés Expérience en collaboration avec la DIF/DPTA/SPN Dispositif expérimental : –Cible de 400g duranium appauvri –Détecteur 3 He à 4 bars Longueur active 30 cm Diamètre 2.5 cm –De la paraffine comme modérateur –Ensemble détecteur + paraffine blindé par du cadmium

32 Étalonnage du détecteur au « 4 MV » A laide de source de neutrons et dun faisceau mono-énergétique Bon accord avec les simulations Efficacité constante entre 0.1 et 1MeV

33 Expérience test au « 4 MV » Mesure des neutrons retardés issus de la fission n 2MeV U Trois séries de mesures –6s-6s –25s-25s –125s-125s p ndnd npnp

34 Nombre de neutrons retardés par 100 fissions d = à comparer à d = (référence) Lincertitude majeure provient de la méconnaissance de lintensité faisceau. Si la production de précurseurs est à léquilibre

35 Résultats pour la fission induite par neutrons RapportENDF-B VIExpérience a2/a ± 8.7 a4/a ± 30 a3/a ± 0.47 a4/a ± 1.16 a4/a ± 2.03 Résultats encourageants mais il faut améliorer le protocole expérimental Durée de la prise de données : 4h30

36 Influence des temps dirradiation Adapter les durées dirradiation et de décroissance aux groupes recherchés T irr = 0.2s T irr = 5min

37 Photofission : Caractéristiques de lexpérience Accélérateur délectron ELSA –Energie : 15 MeV –Intensité : 1 µA –Fréquence de répétition : 5 Hz –Durée de limpulsion faisceau : 140 µs Taux de comptage maximal : 400 cp/s à t=0

38 ELSA : Dispositif expérimental

39 Flux de photons et nombre de fissions Études par différentes méthodes –Chambre à fission ( 238 U) –Irradiation dun barreau de cuivre naturel –Mesure de dose –Simulation par MCNPX En cours danalyse

40 Deux méthodes possibles –Irradiation infinie (T irr >>T 1/2 ) : –Irradiation infiniment courte (T irr <

41 Résultats photofission : 5 min-5 min GroupeT 1/2 T 1/2 [Nik65] ± ± ± ± ± ± ± ±0.1 Groupeaiai a i [Nik65] ± ± ± ± ± ± ± ±0.15 Durée de la prise de données : 7h

42 Résultats photofission : 5 s-100 s GroupeT 1/2 T 1/2 [Nik65] 35.76± ± ± ± ± ±0.06 Groupeaiai a i [Nik65] ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±200 Durée de la prise de données : 3h

43 Résultats photofission : 140 µs-30 s GroupeT 1/2 T 1/2 [Nik65] ± ± ± ±0.02 Groupeaiai a i [Nik65] ± ± ± ± ± ±0.20 Durée de la prise de données : 2h

44 Planning expérimental 2005 Mesures 238 U, 232 Th (m 100 g) Amélioration de lefficacité du détecteur (augmentation du nombre de détecteurs 3 He) Mesures 237 Np (m 5g) 2006 Amélioration de lefficacité du détecteur (seconde augmentation du nombre de détecteurs 3 He ) ou augmentation intensité faisceau à 10 µA Mesures 235 U, 239 Pu, 240 Pu (m ~ 1g) 2007 Mesures 241 Pu, 242 Pu, 241 Am (m ~ 1g)

45 Amélioration du détecteur 13 cm Mesures avec des cibles de ~100 g A ~10 g B ~1 g A) 6 compteurs 3 He B) 12 compteurs 3 He C) Augmentation de lintensité dELSA 1µA 10 µA

46 Conclusions sur la bibliothèque Amélioration du calcul de sections efficaces par la modification du modèle de la photoabsorption dans HMS-ALICE Évaluations de sections efficaces photonucléaires pour 237 Np, 240 Pu et 241 Am avec GNASH; réévaluations 235 U, 238 U et 239 Pu Ajout dans ENDF VII Ajout de toutes les sections efficaces photonucléaires dans la bibliothèque de CINDER90 Structure en place pour lajout des fragments de fission Résultats encourageants pour les distributions en masse Besoins de plus de données expérimentales pour mieux contraindre le modèle Mesure de neutrons retardés Première utilisation dans le cadre du calcul dactivation pour le démantèlement du LURE (Orsay) Mise à disposition de la bibliothèque fin 2005 Extension de la bibliothèque à 150 MeV

47 Conclusions sur la partie expérimentale Mesure du total nombre de neutrons retardés en accord avec dautres résultats expérimentaux Spectres de décroissance expérimentaux en accord avec les données de Nikotin Faisabilité de la mesure du spectre de décroissance des neutrons retardés de photofission à ELSA Campagne de mesure de la décroissance par neutrons retardés pour dautres actinides ( 232 Th, 239 Pu, …) et à différentes énergies Développement dun détecteur plus efficace

48 Collaboration CEA Saclay, DSM/DAPNIA/SPhN J.C. David, D. Doré, D. Ridikas, A. Van Lauwe CEA Bruyères-Le-Châtel –DPTA/SPN : X. Ledoux, M. Petit, J.M. Laborie, C. Varignon, N. Arnal –DPTA/SP2A : Léquipe dELSA, Léquipe du « 4 MV » GSI (Darmstadt) K.H. Schmidt, A. Kelic LANL, T-16 M. Chadwick, B. Wilson, M. Blann, P. Young

49 Produits de fission : modélisation Applications : production de fragments de fission riches en neutrons, démantèlement daccélérateurs délectrons transmutation des déchets nucléaires, détection de matériaux fissiles, caractérisation de fûts de déchets Excitation du noyau : Modelisation de (,abs) Desexcitation du noyau : ABLA modèle Traitements de la compétition Evaporation/Fission Traitement semi empirique de la distribution des fragments de fission Rendements indépendants : Y(A,Z) 2 étapes :

50 Neutrons retardés : modélisation Y(A,Z) rendements indépendants Durant lirradiation : évolution en temps des distributions de fragments CINDER90 :Y C (A,Z) rendements cumulatifs Base de données identifications des précurseurs de neutrons retardés : Rendement total Habituellement rassemblés en 6 groupes Probabilité demission DN d = Y c i (A,Z). P i

51 GNASH : 238 U

52 Modification des paramètres dABLA pour le 239 Pu Potentiel du noyau (MeV)

53 ABLA: 237 Np Ajustements des paramètres 237 Np DATA ABLA Masse (A) Rendement (%) 28MeV

54 Neutrons retardés Tableau de neutrons retardés Rendements totaux et temps de vie en accords avec les données expérimentales Distributions dans chaque groupe incorrect

55 Conclusions sur les fragments de fission Résultats encourageants pour les distributions en masse des fragments de fission des isotopes de luranium Ajustement des paramètres à améliorer pour les autres isotopes Pas de mesure de distributions isotopiques Possibilité de prédiction des neutrons retardés mais amélioration nécessaire Besoins de plus de données expérimentales pour mieux contraindre le modèle Mesure de neutrons retardés

56 Différences entre HMS-ALICE et GNASH HMS-ALICEGNASH Entrées Particule incidente Cible Énergie Possibilité de modifier certaines valeurs par défaut (déconseillé) Cible, énergie, toutes les réactions que lon veut étudier (avec des paramètres à ajuster pour chaque réaction) (à définir par lutilisateur) Données de structure nucléaire (à définir par lutilisateur) Spin, parité, masse Coefficients de transmission Données expérimentales Pas utileAjustement sur les données Pour les réactions photonucléaires besoin de la section efficace dabsorption Prééquilibre Modèle dexcition de KalbachModèle hybride basé sur un calcul Monte Carlo du modèle dexciton de Griffin Évaporation Hauser-FeschbachWeisskopf-Ewing Sortie Sections efficaces pour toutes les réactions possibles Pas de transformation facile au format ENDF Produits de fission Sections efficaces pour les réactions du fichier input Possibilité de transformation au format ENDF Pas de produits de fission

57 Modèle hybride : Algorithme

58 Résultat d


Télécharger ppt "Réactions photonucléaires Création dune bibliothèque Mesures de neutrons retardés Marie-Laure GIACRI-MAUBORGNE CEA Saclay, DSM/DAPNIA/SPhN."

Présentations similaires


Annonces Google