Étude des propriétés de désintégration bêta de produits de fission d’intérêt pour les spectres en énergie des antineutrinos et la puissance résiduelle des réacteurs nucléaires

Study of beta decay properties of fission product of interest for antineutrinos spectra and nuclear reactor decay heat

• Auteur / Autrice : Abdoul-Aziz Zakari
• Direction : Ferid Haddad, Muriel Fallot, Amanda Porta
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique nucléaire – Constituants élémentaires et physique théorique
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux, Matières, Molécules en Pays de la Loire (3MPL) (Le Mans2008-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique Subatomique et des Technologies Associées (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques
• Jury : Président / Présidente : Alejandro Algora
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ferid Haddad, Muriel Fallot, Amanda Porta, Alejandro Algora, Philippe Dessagne, Daniel Heuer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Dessagne, Daniel Heuer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Antineutrinos

Réacteurs nucléaires

Produits de fission

Spectroscopie d'absorption

Désintégration bêta

Mots clés libres

Effet Pandémonium

Tas

Puissance résiduelle

Résumé

Les propriétés de désintégration bêta des produits de fission jouent un rôle crucial en physique des réacteurs, étant à l’origine de la puissance résiduelle, un paramètre clé pour la sûreté des réacteurs, de l’émission des neutrons retardés qui servent à leur pilotage, et de l’émission des antineutrinos. Cependant les propriétés de désintégration bêta de certains produits de fission restent méconnues ou incomplètes. Dans certains cas, les données mesurées souffrent de l’effet « Pandémonium » lié à l’utilisation de détecteurs haute résolution au Germanium. Ces détecteurs montrent une efficacité limitée à détecter les photons de désexcitation de niveaux excités de haute énergie dans les noyaux fils peuplés par la désintégration bêta. Il en résulte une sous-estimation des branches de décroissance bêta mesurées vers ces niveaux excités. Une technique alternative consiste à utiliser un ensemble de détection de haute efficacité à la fois intrinsèque pour les photons de haute énergie et géométrique, la Spectroscopie par Absorption Totale (TAS). Dans cette thèse, nous avons employé cette technique à l’étude des noyaux 92Rb et 93Rb, produits de fission sélectionnés en raison de leur importante contribution aux spectres en énergie des antineutrinos des réacteurs et, dans le cas du 92Rb, à la puissance résiduelle. Une nouvelle mesure de ces noyaux a été réalisée auprès de l’accélérateur de JYFL (Jyväskylä, Finlande). Ce manuscrit présente l’analyse des données mesurées, les nouveaux peuplements bêta obtenus et leur impact sur le calcul du spectre énergie des antineutrinos et de la puissance résiduelle des principaux contributeurs aux fission dans les Réacteurs à Eau Pressurisée.

Fission product beta decay properties play a crucial role in the physics of nuclear reactors, as being the origin of the decay heat, a key parameter for nuclear safety, of betadelayed neutron emission and of the emission of electronic antineutrinos. However, the decay properties of some fission products remain unknown or incomplete. Indeed in some cases, their data suffer from the “Pandemonium” effect, which is due to the conventional use of highresolution Germanium detectors, especially when high energy excited levels are populated in the daughter nucleus. This bias may lead to an underestimation of the beta decay branches to higher energy excited levels of the daughter nucleus and constitute a systematic bias in the decay data. An alternative experimental technique is the use of Total Absorption Spectroscopy (TAS), consisting in using a high efficiency detection array. In this PhD, we have measured with the TAS technique the beta properties of 92Rb and 93Rb, two fission products selected for their important contribution to the Pressurized Water Reactor (PWR) antineutrino energy spectrum and in the case of 92Rb, for its contribution to the 235U decay heat. New measurements of the beta decay properties of these nuclei have been performed at the JYFL facility (Jyväskylä, Finland). In this manuscript are presented the performed data analysis, the extracted beta feedings of 92,93Rb nuclei and their impact on the calculation of reactor antineutrino energy spectra as well as on the calculation of the decay heat of the main uranium and plutonium isotopes contributing to the fissions in a PWR.