Prédiction des taux de fission des coeurs de Chooz et estimation des incertitudes associées dans le cadre de l'expérience Double Chooz

Estimation of the Chooz cores fission rates and associated errors in the framework of the Double Chooz experiment

• Auteur / Autrice : Anthony Onillon
• Direction : Christoph Hartnack
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Constituants élémentaires et physique théorique
• Date : Soutenance le 07/05/2014
• Etablissement(s) : Nantes, Ecole des Mines
• Ecole(s) doctorale(s) : Matière, Molécules, Matériaux en Pays de la Loire
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire SUBATECH Nantes / SUBATECH - Laboratoire SUBATECH Nantes / SUBATECH
• Jury : Président / Présidente : Bernd Grambow
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé de Kerret, Sylvain David, Olivier Meplan, Muriel Fallot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gilles Ban, Antonin Vacheret

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réacteurs nucléaires -- Coeurs

Réacteurs à eau sous pression

Neutrinos

Fission nucléaire

Mots clés libres

Double Chooz

Oscillation neutrino

Simulation réacteur

MURE

MCNP

Double Chooz

Neutrino oscillation

Reactor simulation

MURE

MCNP

Résumé

Double Chooz est une expérience dédiée à la mesure de l'angle de mélange θ₁₃ caractérisant le phénomène d’oscillation des neutrinos. Elle consiste en l’installation de deux détecteurs identiques respectivement installés à 400 m et 1050 m des deux réacteurs à eau pressurisée de la centrale nucléaire de Chooz dans les Ardennes. Les réacteurs nucléaires sont en effet à l’origine d’un flux intense d’antineutrinos électroniques (de l’ordre de 10²¹ ⊽ₑ/s pour un réacteur de 1GWe)qui peut être détecté par réaction bêta inverse dans le liquide scintillant des détecteurs : ⊽ₑ + p −> e⁺ + n. Le paramètre θ₁₃ peut ensuite être déterminé en cherchant une réduction du nombre d’antineutrinos et une distorsion du flux mesuré dans le détecteur lointain par rapport au détecteur proche. La première phase de l’expérience pour laquelle uniquement le détecteur lointain prend des données a débuté en avril 2011. En l’absence du détecteur proche dont l’installation sera terminée en 2014, une prédiction du flux d’antineutrinos non oscillé attendu dans le détecteur lointain est nécessaire à la prédiction de θ₁₃ . Dans ce manuscrit, nous présentons le travail de simulation réalisé en vue de prédire les taux de fission des deux cœurs de Chooz à l’origine des antineutrinos émis par les réacteurs. Pour cela des simulations de cœur complet des réacteurs ont été développées à l’aide du code de simulation MCNP Utility for Reactor Evolution (MURE). Les résultats de ces simulations ont permis de déterminer les taux de fission et les erreurs systématiques associées durant les périodes de prise de données et d’aboutir à la première indication d’un angle θ₁₃ non-nul en novembre 2011.

The Double Chooz experiment is designed to search for a non-vanishing mixing angle θ₁₃ characterizing the ability of neutrinos to oscillate. It consists in two identical detectors located respectively at 400 m and 1050 m of the two pressurized water reactors of the Chooz nuclear plant in the French Ardennes. Indeed, nuclear reactor are huge electron antineutrino emitters (about 10²¹ ⊽ₑ/s for a 1GWe reactor). In Double Chooz, antineutrino sare detected by the inverse beta decay process in the liquid scintillator of the detectors : ⊽ₑ + p −> e⁺ + n. The θ₁₃ parameter can be investigated searching for ⊽ₑ disappearance and ⊽ₑ energy distortion in the far detector with respect to the near detector. The first phase of the experiment during which only the far detector is taking data has started in April 2011. In absence of far detector whose installation will be completed in 2014, a prediction of the non-oscillated antineutrino flux and spectrum shape expected in the far detector is mandatory to measure θ₁₃ . In this manuscript, we present the simulation work performed to predict the fission rates of both Chooz cores responsible for the reactor antineutrino flux. In this view, a complete core model has been developed with the MCNP Utility for Reactor Evolution (MURE) simulation code. The results of these simulations were used to determine the fission rates and associated systematic errors since the beginning of data taking and led to the first indication for a non-zero θ₁₃ mixing angle in November 2011.