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Aval du Cycle Electronucléaire

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Les données nucléaires


En collaboration avec l’Université d’Uppsala (Department of Physics and Astronomy, Uppsala University), dans le cadre du projet européen ANDES et soutenu par le réseau EFNUDAT, le groupe a réalisé une campagne de mesures de données nucléaires d’intérêt pour la constitution de bases de données validées nécessaires à l’amélioration des codes de simulations utilisés pour le développement de systèmes hybrides. Les données collectées pendant l’année 2009 à l’aide de l’ensemble de détection MEDLEY auprès de TSL à Uppsala (Suède) dans les réactions induites par des neutrons de 175 MeV dans des cibles de fer, de bismuth (élément pur naturellement et proche du plomb) et d’uranium permettront la détermination des sections efficaces doublement différentielles de production des particules légères chargées (isotopes de l’hydrogène et de l’hélium). Ce jeu de données complète celui réalisé auparavant par le groupe dans le cadre de différents projets européens (HINDAS, EUROTRANS).


 

Le programme GUINEVERE


Ce programme est l’un des thèmes du programme intégré européen EUROTRANS relatif à la transmutation des déchets hautement radioactifs à l’aide de systèmes pilotés par accélérateurs (ADS pour Accelerator Driven System). Le projet GUINEVERE consiste à coupler un accélérateur de deutons GENEPI-3C (LPSC-Grenoble) produisant des neutrons par interaction avec une cible tritiée avec le réacteur VENUS-F (SCK-CEN). L’ensemble, installé au centre SCK-CEN de Mol (Belgique), se trouve désormais en phase dite de « commissioning » avant de pouvoir entrer en phase d’exploitation. Ce couplage accélérateur réacteur à puissance nulle présente les caractéristiques typiques d’un ADS à savoir : un spectre de neutrons rapides, un caloporteur au plomb et un faisceau continu. Les expériences qui débuteront au printemps 2010 permettront de mettre au point les procédures de détermination en ligne de la réactivité du cœur du réacteur.


Le service Mécanique du laboratoire a réalisé la conception et la mise en place du système de déploiement de la ligne verticale amenant les deutons sur la cible tritiée située au cœur du réacteur. Cette ligne verticale peut être retirée afin d’accéder à la cible tritiée.
L’évolution au cours du temps de la cible tritiée nécessite un contrôle direct de l’intensité de la source neutron. Le SINGE (SIlicon detectors for Neutron detection for Guinevere Experiments), télescope composé de trois détecteurs silicium détectant les protons issus de collisions élastiques de neutrons avec les atomes d’hydrogène d’un convertisseur en polyéthylène, remplit cette fonction en signant par une coïncidence triple les neutrons sources de 14 MeV produits lors de la réaction t(d,n)4He. Développé par les services Mécanique, Instrumentation et Electronique du laboratoire, le SINGE sera installé début 2010 au SCK-CEN au dessus de l’aimant de déflexion à 90° et en regard de la source de neutrons. L’alternative au SINGE est un monitoring de la source neutron via la détection des particules alpha produites au cours de la réaction t(d,n)4He. Le taux très élevé des particules produites nécessite la mise en œuvre de systèmes de détection d’autant plus résistants que l’environnement neutronique sera lui aussi très intense, l’ensemble de détection étant placé au plus près de la cible tritiée. En collaboration avec le LPSC (Grenoble, France), le groupe du laboratoire a étudié la possibilité d’utiliser des détecteurs diamant dont les caractéristiques d’ensemble répondent à ces exigences, en particulier pour la résistance aux dommages créés par les neutrons. Des tests ont été menés auprès du réacteur BR1 au SCK-CEN (Mol, Belgique) où les fluences de neutrons rapides disponibles ( 1014 n/cm2) sont similaires à celles attendues dans l’expérience GUINEVERE. Les résultats obtenus (un exemple est présenté figure 3) avec un diamant monocristallin de petite surface ( diamètre de 0,5 mm) montrent une légère dérive avec l’irradiation de la position du pic alpha d’une source d’241Am tandis que la résolution reste suffisante et inférieure à 40 keV. Cette dérive d’au maximum 8% ne remet pas en cause l’utilisation d’un tel détecteur dans le monitoring de la source tritiée. Des mesures complémentaires sont envisagées avec un diamant de plus grande surface.
Afin de préparer le programme de recherche et d’optimiser les outils de simulation pour les analyses à venir, le groupe du laboratoire a réalisé des simulations neutroniques à l’aide des codes Monte Carlo MCNP.5.1.40 et MCNPX.2.6.f sur deux configurations du réacteur VENUS-F envisagées pour la première phase du programme expérimental : une configuration critique (en l’absence d’accélérateur) et une configuration sous-critique d’environ -3000 pcm obtenue en ôtant les quatre assemblages centraux (qui laisseront place à l’accélérateur).


 

Le projet NFS


Le projet NFS (Neutrons For Science) consiste en la mise en œuvre d’une source neutron auprès de SPIRAL 2 (GANIL, Caen). Le mode de production des neutrons utilise soit l’interaction de deutons de 40 MeV sur une cible de béryllium ou de carbone, soit l’interaction de protons de 33 MeV sur une cible de lithium, la première conduisant à un spectre blanc centré sur 14 MeV et la seconde à un spectre quasi mono énergétique à 31 MeV. Dans les deux cas, l’intensité du faisceau primaire est limitée à 50 μA, correspondant à un dépôt d’au plus 2 kW sur la cible de conversion. Deux applications sont envisagées : la première au plus près du convertisseur est une station d’irradiation en neutrons, protons ou deutons, la seconde un hall expérimental permettant des mesures en temps de vol avec un faisceau de neutrons parfaitement défini après collimation. Le premier avantage de NFS sera de produire des neutrons à haute intensité dans une gamme en énergie complétant celles des installations déjà existantes. Le second avantage est lié à la possibilité d’utiliser des matériaux radioactifs (en particulier des actinides) comme cible d’étude. Dans le cadre de ce projet, le groupe du laboratoire a pris la responsabilité de la tâche concernant le monitoring du faisceau de neutrons aussi bien au niveau du convertisseur que dans le hall expérimental. Plusieurs dispositifs sont à l’étude ainsi que la définition précise des besoins en termes de résolution spatiale et de résolution en énergie. Le groupe du laboratoire contribue également à la discussion autour des premières expériences susceptibles d’être réalisées les deux premières années lorsque l’installation NFS sera en mesure de disposer de l’essentiel du temps faisceau du LINAC de SPIRAL 2. En particulier, le groupe étudie la possibilité de réaliser un programme de mesures de données nucléaires d’intérêt non seulement pour l’étude des ADS mais aussi pour l’étude des réacteurs rapides ou de la fusion.