Page 1 Roscoff 2009 SPIRAL 2 : Phase 1 Etude comparative entre les valeurs d’activation obtenues par calculs avec des données expérimentales S.GAUDU -

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1 Page 1 Roscoff 2009 SPIRAL 2 : Phase 1 Etude comparative entre les valeurs d’activation obtenues par calculs avec des données expérimentales S.GAUDU - E.PICHOT Sûreté Radioprotection Environnement Spiral2

2 Page 2 Roscoff 2009 Contexte et perspectives Un des objectifs dosimétriques du projet SPIRAL 2 est une dose efficace individuelle de 2 mSv/an Estimation dosimétrique des phases de maintenance des équipements du LINAC Irradiation de matériaux représentatifs de la phase 1 Objectif : Conforter les valeurs d’activité calculées à l’aide de la chaine de calculs en les comparant à des mesures expérimentales. Bonne réponse de la chaine de calculs Compléter la gamma d’énergie des particules (deutons > 20 MeV) et envisager d’autres particules (He 2+)

3 Page 3 Roscoff 2009 Plan de la présentation Objectif de l’étude Méthodologie de l’étude Analyse des résultats Conclusion

4 Page 4 Roscoff 2009 Objectif de l’étude Dans le cadre de la rédaction du rapport préliminaire de sûreté de la phase 1 du projet SPIRAL2, une note de synthèse dosimétrique a été établie pour évaluer l’impact dosimétrique des opérations de maintenance sur les équipements de l’accélérateur. Les données d’entrée de cette note sont : Activité et débits d’équivalent de dose obtenus à l’aide d’une chaine de calculs (Prestation ASSYSTEM) Fichier des opérations de maintenance renseigné par les différents corps de métier

5 Page 5 Roscoff 2009 Chaine de calculs de la phase 1 MCNPX 2.x FISPACT 2007 MCNPX 2.5 Transport Deutons et Neutrons Inventaire d’activation Source gamma Données de sortie Débit d’Equivalent de dose Transport Gamma Source : Neutrons issus de la réaction d-d Données d’entrée Source : Pertes dues aux deutons

6 Page 6 Roscoff 2009 Méthodologie Phase expérimentale La phase expérimentale a été réalisée dans les installations de l’IFIN-HH de Bucarest (accélérateur Tandem 7,5 MV upgraded à 9 MV par F. Negoita et al) Matériaux irradiés : Acier 316L, Aluminium 5083, Niobium et Cuivre

7 Page 7 Roscoff 2009 Méthodologie Phase expérimentale Analyse par spectrométrie gamma des produits d’activation (détecteur GeHP) Temps de mesure variant de 300 à 3000 secondes reproduits plusieurs fois pour un échantillon

8 Page 8 Roscoff 2009 Méthodologie Phase Calcul Utilisation de la chaine de calculs utilisée dans le cadre de la phase 1 du projet SPIRAL 2 MCNPX (transport des particules deutons, protons et neutrons) FISPACT 2007 (calculs d’activation deutons, protons et neutrons) Définition des données nécessaires aux calculs Modélisation d’un échantillon (cylindre de surface 1cm² et d’épaisseur 1cm) Utilisation des compositions des matériaux irradiés dans les calculs d’activation Utilisation des paramètres réels d’irradiation dans les calculs

9 Page 9 Roscoff 2009 Paramètres expérimentaux 9 MeV15 MeV protons intensité (A) temps d'irradiation (s) intensité (A) temps d'irradiation (s) Acier 316l1,80E-0820002,23E-082000 Al 50831,80E-0820002,15E-081000 Niobium2,02E-0820002,11E-082000 Cuivre1,08E-0820002,18E-081000 6 MeV10 MeV15 MeV deutons intensité (A) temps d'irradiation (s) intensité (A) temps d'irradiation (s) intensité (A) temps d'irradiation (s) Acier 316l Al 5083 Niobium2,84E-0820005,36E-0910006,66E-091000 Cuivre / /5,06E-0910002,42E-091000

10 Page 10 Roscoff 2009 Analyse des résultats Plaque d’aluminium irradiée par des protons (A en Bq à t = 0s) 9 MeV15 MeV RN expérience calcul proton rapport calcul proton/exp expérience calcul proton rapport calcul proton/exp Mn 52m 4,6E+031,3E+042,91,8E+054,4E+040,3 Zn 63 1,3E+036,0E+034,51,5E+041,4E+040,9 Cu 60 4,5E+012,4E+025,41,4E+031,5E+031,1 Mn 52 3,5E+009,8E+002,83,4E+014,8E+011,4 Co 56 5,7E+009,1E+001,62,4E+012,6E+011,1 Mg 27 4,1E+01 0,09,1E+05 0,0 Mn 54 1,1E-019,5E-020,91,5E+002,3E+001,5 Zn 65 4,7E-017,4E-011,62,5E+001,3E+000,5 Co 57 1,4E-013,1E-012,13,7E-014,6E-011,3 V 48 4,3E+006,0E+001,41,2E+011,6E+011,4 Na 22 4,7E-013,4E-010,72,5E+002,8E+001,1

11 Page 11 Roscoff 2009 Analyse des résultats Plaque cuivre irradiée par des deutons (A en Bq à t = 0 s) 10 MeV15 Mev RNexpérience calcul deuton rapport calcul deuton/exp expérience calcul deuton rapport calcul deuton/exp Cu 662,5E+065,5E+050,21,3E+064,8E+050,4 Zn 632,7E+053,3E+051,21,3E+061,1E+060,8 Cu 641,2E+056,5E+040,51,1E+054,8E+040,4 Zn 651,2E+021,4E+021,22,4E+022,3E+020,9

12 Page 12 Roscoff 2009 Synthèse des résultats Rapport Calcul/expérience Acier 316 LAlu 5083CuivreNiobium Protons 9 MeV ≈ 2≈ 3≈ 2 2 ordres de grandeur 15 MeV ≈ 1,5≈ 1≈ 1,5 1 ordre de grandeur deutons 6 MeV1 ordre de grandeur 10 MeV ≈ 1 2 ordres de grandeur 15 MeV ≈ 1 1 ordre de grandeur

13 Page 13 Roscoff 2009 Conclusion En conclusion on peut considérer que la chaine de calculs utilisée dans le cadre de l’estimation de l’environnement radiologique de la phase 1 du projet SPIRAL2 est un bon outil. Il est nécessaire d’obtenir les données complémentaires (deutons sur acier et alu) pour valider les tendances suivantes : Les calculs protons semblent surestimer les valeurs mesurées par spectrométrie Les calculs deutons sous-estiment légèrement les activités mesurées Plus l’énergie des particules augmente plus les valeurs d’activité obtenues par calculs se rapprochent des valeurs mesurées

14 Page 14 Roscoff 2009 Commissionning En phase de commissionning, il peut être intéressant de comparer l’activation due aux deutons par rapport à une activation due à la molécule H 2 + (assimilation de l’activation due à la molécule H 2 + à l’activité d’un proton multipliée par 2) Activation d’une plaque d’acier à t = 0 s (intensité de 1 µA pendant 2000 s) activité (Bq) pour protons de 9 MeV (x2) Activité (Bq) pour deutons 17,6 MeV rapport deutons/ protons Mn 52m6,65E+065,02E+060,8 Cu 625,04E+059,55E+051,9 Cu 604,97E+057,34E+051,5 Tc1001,23E+053,83E+053,1 Tc 96m3,95E+041,20E+053,0 P 303,21E+045,93E+041,8 Cu 612,08E+043,02E+0514,5 Cu 591,85E+043,82E+06205,9 Co 58m1,34E+031,45E+05108,8 Mn 517,78E+021,29E+05165,8 activité totale 8,02E+061,41E+071,8

15 Page 15 Roscoff 2009 Commissionning En phase de commissionning et en considérant que la tendance pour les matériaux acier et aluminium se vérifie on voit que le mode H 2 + active moins que le mode deutons. Cette comparaison quantitative (en Bq) doit être analysée d’un point de vue qualitative pour vérifier l’impact dosimétrique des radionucléides apparaissant uniquement pour une particule. Des comparaisons doivent également être menées pour voir l’impact d’un commisionning avec des 4 He 2+

16 Page 16 Roscoff 2009 Merci de votre attention