Optimisation des mesures d'interrogation neutronique active par couplage d'une méthode de correction des effets de matrice

Optimization of active neutron interrogation measurement by coupling with a method for correcting matrix effects

• Auteur / Autrice : Rodolphe Antoni
• Direction : Johann Collot, Bertrand Perot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 21/03/2014
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie (Grenoble ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Éric Liatard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Furget, Christian Passard, Gabriele Grassi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gilles Ban, Abdallah Lyoussi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neutrons

Déchets radioactifs

Mots clés libres

Interrogation neutronique active

Effets de matrice

Modélisation MonteCarlo

Plan d'expérience

Mesures neutronique associées

Differantial die-away technique

Neutron measurement

Drum monitor

Résumé

La masse fissile dans les fûts de déchets radioactifs remplis de résidus métalliques compactés (coques et embouts des combustibles usés) produits à l'usine de retraitement de La Hague est mesurée par interrogation neutronique active, sut l'atelier de compactage de coques et embouts (ACC). Dans le futur, des déchets anciens de cette nature mélangés à des résines échangeuses d'ions seront traités dans cette installation. Ces résines ont pour effet d'augmenter la propriété de modération des neutrons dans la matrice du fût, en comparaison des déchets mesurés actuellement. Dans ce contexte, une méthode de correction des effets de matrice basée sur l'utilisation de la mesure associée d'un moniteur de fût (compteur proportionnel à 3He) a été étudiée. La faisabilité de la méthode a dans un premier temps été étudiée sur la maquette R&D PROMETHEE 6, permettant de mettre en évidence d'une part une bonne corrélation entre le signal du moniteur et les effets de matrice et d'autre part une capacité du code de transport de particule MCNP a reproduire les performances expérimentales de la méthode. Par la suite, les performances finales de l'implantation de cette méthode sur le poste industriel 0-2 en entrée d'ACC ont été évaluées par simulation numérique. Les résultats des calculs concluent à une estimation de la masse fissile résiduelle avec une erreur d'environ un facteur 2, alors que celle-ci pourrait atteindre 2 décades sans la méthode de correction. Par ailleurs, l'analyse des résultats expérimentaux sur la mesure des fûts de la production courante en présence d'un moniteur de fût, établit une corrélation satisfaisante entre des propriétés physiques connues de la matrice pour ce type de déchets (modération et absorption) et le signal du moniteur, démontrant ainsi la fiabilité de l'approche proposée. En conséquence, cette méthode de correction sera implantée sur le poste industriel peut être préconisée pour d'autres dispositifs d'interrogation neutronique active.

The fissile mass in radioactive waste drums filled with compacted metallic residues (spent fuel hulls and nozzles) produced at AREVA La Hague reprocessing plant is measured by neutron interrogation with the Differential Die-away measurement Technique, on the waste compaction facility (ACC). In the future, old hulls and nozzles mixed with ion-exchange resins will be measured. The ion-exchange resins increase neutron moderation in the matrix, compared to the waste measured in the current process. In this context, a matrix effect correction method based on a drum monitor (3He proportional counter) has been studied. The feasibility of the method was first performed with the R&D measurement cell PROMETHEE 6, showing a good correlation between the monitor signal and the matrix effect correction, and the capability of MCNP simulations to reproduce experiments and to estimate the performances of the proposed correction. Therefore, the industrial implementation of the method and the assessment of its final performances have been studied by numerical simulation. Calculations demonstrate that the method allows keeping the highest error on the measured fissile mass below roughly a factor of 2, while the matrix effect without correction ranges on 2 orders of magnitude. In addition, the analysis of experimental data from the current process shows a good correlation between known physical properties of the matrix (moderation and absorption) and the monitor signal, demonstrating the reliability of the proposed approach. According to these satisfactory results, this correction method will be implemented on the industrial station. More generally, this method could be applied to similar waste measurement systems.