Mesure de sections efficaces des réactions (n,xnγ) d’intérêt pour les réacteurs de IVe génération

Measurement of (n,xng) reaction cross sections of interest for the Generation IV reactors

• Auteur / Autrice : Jean-Claude Thiry
• Direction : Philippe Dessagne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique nucléaire
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neutrons -- Mesure

Réacteurs nucléaires

Faisceaux de neutrons

Sections efficaces (physique nucléaire)

Fission nucléaire

Spectrométrie gamma

Actinides

Physique nucléaire

Résumé

Le développement de réacteurs de quatrième génération demande la connaissance de sections efficaces de différentes réactions nucléaires. Les recherches du groupe GRACE concernent principalement la détermination des sections efficaces des réactions (n,xn) sur des isotopes intervenant dans les processus de transmutation et de régénération dans ces réacteurs. Le but de ces investigations est d’obtenir des sections efficaces inconnues et de réduire les incertitudes sur des données existantes. Le présent travail consiste dans l'optimisation du dispositif expérimental développé pour les mesures sur des noyaux radioactifs. Les expériences sont réalisées auprès de l’installation GELINA (IRMM, Geel, Belgique) qui produit un faisceau de neutrons blanc pulsé. Ce faisceau pulsé permet de déterminer les énergies des neutrons par la méthode du temps de vol et la spectroscopie gamme prompte est utilisée pour identifier les différents noyaux formés par les réactions (n,xnγ). L'objectif de ce travail est d'aboutir à un dispositif expérimental permettant la mesure des sections efficaces de la réaction 233U(n,xnγ), d’une très grande importance pour le processus de régénération du cycle 232Th.

The presented work consists of studying 232Th(n,xnγ) and 235U(n,xnγ) reactions in the fast neutron energy domain (up to 20 MeV) with the best precision possible. The experiments are performed at GELINA which delivers a pulsed, white neutron beam at IRMM, Belgium. The time characteristics of the beam enable us to measure neutron energies with the time-of-flight (TOF) technique. The neutron induced reactions (in this case inelastic scattering, (n,2n) and (n,3n) reactions) are identified by online prompt γ spectroscopy with an experimental setup including four HPGe detectors. A double layered fission chamber is used to monitor the incident neutron flux. The obtained results are presented and a comparison between the measured cross sections and the TALYS code predictions will be discussed. In order to achieve a very high precision on the reaction cross sections, an extensive work has been realised on the detection efficiencies of the counters used in the experiment. These quantities were in fact the largest sources of uncertainty in foregoing campaigns. After important efforts including high precision measurements together with Geant4 simulations, the efficiency of the fission chambers as well as of the HPGe detectors could be determined with accuracies below 3 %, accomplishing the final goal of a cross section determination with a precision of 5 %. This work is a further step in the preparation of the measurement of 233U(n,xnγ) reactions, which are completely unknown at this stage although of very high importance in the 232Th regeneration process. For this reason, a new, segmented HPGe detector was conceived, which will complete the current experimental setup.