Mesure des sections efficaces de diffusion élastique des neutrons sur le carbone et le fluor dans le domaine épithermique sur la plate-forme PEREN

Neutron elastic scattering cross-sections measurement on carbon and fluorine in epithermal energy range using PEREN platform

• Auteur / Autrice : Nicolas Thiollière
• Direction : Éric Liatard, Olivier Meplan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique nucléaire
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Résumé

Le Réacteur à Sels Fondus (RSF) en cycle Th/U est un des concepts de nouvelle génération pour la production d'énergie nucléaire. Un RSF type se compose d'une structure en graphite, servant de modérateur, percé de canaux dans lesquels circule le sel fondu (7LiF+ThF4+UF4). Les données neutroniques fondamentales pour les simulations numériques sont les sections efficaces de diffusion élastique d'un neutron sur des noyaux de carbone (σC), de fluor (σF) et de lithium 7 (σLi) dans le domaine épithermique. Le but de ce travail est de déterminer précisément σC et σF entre 1 eV et 100 keV. Ces mesures ont été réalisées auprès de la plate-forme d'Etude et de Recherche sur l'Electro-Nucléaire (PEREN) du Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie de Grenoble. Elle comprend un GEnérateur de NEutrons Pulsé Intense (GENEPI) produisant des neutrons de 2. 5 MeV au centre de massifs ralentisseurs (C et CF2). Des taux de capture sont obtenus, pour des échantillons composés de matériaux de référence (Au, Ag, Mo et In) placés dans les massifs, à l'aide d'un scintillateur YAP couplé à un photo-multiplicateur. Des simulations précises des expériences, avec le code MCNP, ont été réalisées et la comparaison entre la simulation et l'expérience a permis de déterminer σC et σF avec des précisions de 1% et 2% respectivement, mettant en évidence des écarts avec les données nucléaires évaluées (ENDF). Des mesures complémentaires des sections efficaces totales σC et σF à plus haute énergie (200 - 600keV) ont été effectuées au Centre d'Etudes Nucléaires de Bordeaux par une méthode de transmission. Un faisceau de neutrons mono-énergétique est produit par des protons accélérés, dans un accélérateur Van De Graaff, sur une cible de LiF. Les neutrons transmis sont comptés par un détecteur proportionnel à hydrogène. Des écarts de 5% (C) et de 9% (F) par rapport à ENDF ont été mis en évidence.

Molten Salt Reactor (MSR) based on Th/U cycle is one of the new generation concepts for nuclear energy production. A typical MSR is a graphite-moderated core with liquid fuel (7LiF+ThF4+UF4). Many numerical studies based on Monte-Carlo codes are currently carried out but the validity of these numerical result relies on the precise knowledge of neutron cross sections used such as elastic scattering on carbon (σC), fluorine (σF) and lithium 7 (σLi). The goal of this work is to obtain σC and σF between 1 eV and 100 keV. Such measurements have been performed at the Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie (LPSC) de Grenoble on the experimental platform PEREN using slowing-down time spectrometers (C and CF2) associated to a pulsed neutron generator (GENEPI). Capture rates are obtained for reference materials (Au, Ag, Mo and In) using YAP scintillator coupled to a photo-multiplier. Very precise simulations (MCNP code) of the experimental setup have been performed and comparison with experiments has led to the determination of σC and σF with accuracies of 1% and 2% respectively. These results show a small discrepancy to evaluated nuclear data file (ENDF). Measures of total cross-sections σC and σF at higher energy (200-600, keV) were also carried out at Centre des Etudes Nucléaires de Bordeaux using a transmission method. Mono-energetic neutrons were produced by protons accelerated by a Van de Graaff accelerator on a LiF target and transmitted neutrons are counted in a proportional hydrogen gaseous detector. Discrepancies of 5\% and 9\% for σC and σF respectively with ENDF have been shown.