Mise au point de la mesure de sections efficaces de réactions (n,XN) par spectroscopie γ prompte sur des cibles très radioactives

par Habib Karam

Thèse de doctorat en Physique nucléaire

Sous la direction de Gérard Rudolf.

Soutenue en 2009

à Strasbourg .


  • Résumé

    La loi « Bataille » fait obligation au CNRS de développer des recherches sur le retraitement des déchets nucléaires. C’est dans ce cadre que notre équipe GRACE (Groupe de Recherche sur l’Aval du Cycle Electronucléaire) de l’IPHC a entrepris des mesures nécessaires à la mise au point des réacteurs hybrides. Le champ de recherche s’est élargi puisqu’il inclut maintenant des études visant à développer le cycle de Thorium. GRACE s’est plus précisément attaché à mesurer des sections efficaces de réactions (n,xng) mal connues jusqu’à présent ou pour lesquelles aucune mesure n’existe. Les mesures ont été effectuées auprès du faisceau « blanc » de Gelina (IRMM Geel, Euratom). La technique de temps de vol a été appliquée. La spectroscopie g en ligne, utilisée pour étudier les réactions (n,xng), requiert avant tout de mesurer l’énergie des rayons g avec une bonne résolution. A cause de l’existence d’un flash g créé en même temps que le faisceau, il faut aussi un temps mort très faible, de façon à pouvoir détecter les neutrons de haute énergie. GRACE a réussi à concilier ces deux impératifs en mettant au point une nouvelle méthode basée sur la digitalisation et le traitement numérique du signal. Des mesures de section efficaces (n,xng) sur le 206,207,208Pb ont été réalisées ainsi avec succès à Geel, à l’aide des détecteurs coaxiaux de gros volume et à une distance de vol de 200 m. Le travail présenté dans ce mémoire a consisté à adapter la méthode pour rendre possible la spectroscopie g en ligne sur des cibles radioactives. Pour cela, la nouvelle mesure s’est déroulée sur une piste de vol de 30 m, et des détecteurs germanium planaires ont été utilisés. Dans un premier temps, et afin de s’assurer du bon fonctionnement du nouveau dispositif expérimental, des mesures de sections efficaces (n,n’g) sur une cible de plomb naturel ont été effectuées et les résultats sont comparés à ceux de la mesure à 200 m et aux calculs du code TALYS. Ensuite, les sections efficaces inélastiques partielles sur le 182,186W ont été mesurées entre le seuil de la réaction et 8 MeV. Enfin, une cible de 235U enrichie à 93 ,2 % a été bombardée et trois transitions dues à la réaction 235U(n,2ng)234U ont été analysées avec succès dont celle de l’état 8+ vers l’état 6+ jamais mesurée avant. Ce travail est une étape essentielle pour utiliser cette nouvelle méthode afin de mesurer des réactions (n,2ng) sur l’233U.

  • Titre traduit

    Development of the method to measure cross sections of (n,xn) reactions by prompt gamma spectroscopy with very radioactive targets


  • Résumé

    The “Bataille” law obliged the CNRS to develop researches on the reprocessing of the nuclear waste. It is in this frame that our group GRACE (Groupe de Recherche sur l’Aval du Cycle Electronucléaire) of the IPHC began researches that contribute to the development of the hybrid reactors. However, the field of research widened because it now includes studies to develop the Thorium cycle. GRACE has undertaken measurements of (n,xng) reactions cross sections badly known or for which no measurement exists yet. The experiments were performed at the “white” neutron beam generated by GELINA facility in Geel, Belgium. The time of flight technique was applied. The g spectroscopy used for these measurements requires the detection of g rays with a good energy resolution. Because of the existence of a g flash created at the same time as the neutron beam, a short dead time is also required, to be able to detect the high energy neutrons. GRACE managed to conciliate these two imperatives by finalizing a new method based on the digital treatment of the signal. Using large HPGe coaxial detectors, (n,xng) cross sections measurements on the 206,207,208Pb nuclei were successfully realized at a 200 m flight path. The work presented in this thesis consists in adapting the method to highly radioactive targets. For that reason, the new measurement took place on a 30 m flight path and planar germanium detectors were used. In order to check the correct functioning of the new experimental method, (n,n’g) cross section measurements on a natural lead target were done and the results found were compared with the experiments at 200 m and with the theoretical calculations of the TALYS code. After that, the partial inelastic scattering cross sections on the 182,186W were performed from the threshold up to 8 Mev. Finally, a 93,2% enriched 235U target was bombarded and three transitions due to the 235U(n,2ng)234U reaction were successfully analysed including the one from the 8+ to the 6+ state, never measured before. This work is an essential step for using this new method in order to measure the (n,2ng) reaction cross sections on the highly radioactive 233U isotope.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (195 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 171-173

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service des bibliothèques. Bibliothèque L'Alinéa.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2009;0036
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