Développement d'un détecteur pour la mesure simultanée et l'étude des rendements de capture et de fission de l'uranium-233 auprès de la source de neutrons n_TOF au CERN

par Michael Bacak

Projet de thèse en Structure et réactions nucléaires

Sous la direction de Frank Gunsing.

Thèses en préparation à Paris Saclay en cotutelle avec TU Wien , dans le cadre de Particules, hadrons, énergie et noyaux: Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulation , en partenariat avec DSM-Institut de Recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu) (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-02-2016 .


  • Résumé

    Dans le cadre du Forum International Gen-IV consacré à la prochaine génération de réacteurs nucléaires, un scénario consiste à étudier les réacteurs basés sur le cycle du thorium. A l'heure actuelle ce cycle étant très peu utilisé dans le monde, les données de base lui étant associées sont de faible qualité. La collaboration n_TOF réalise des mesures de capture neutronique associées au cycle du thorium basé sur la production et la fission de l'uranium-233. Une des spécificités de ce noyau est d'avoir une section efficace de capture plus faible d'un ordre de grandeur que celle de fission sur tout le domaine en énergie. Une première campagne de mesures a été réalisée à partir de 2004 avec le calorimètre à absorption totale de n_TOF. La principale difficulté de ces mesures était l'absence de détecteur de fission permettant de signer les événements de fission dans le calorimètre, rendant la discrimination capture-fission très délicate à effectuer. Une nouvelle campagne de mesures va débutée auprès de l'installation n_TOF du CERN, où le calorimètre gamma sera équipé d'une cible active d'uranium-233 faisant office de détecteur de fission. Cette nouvelle expérience permettra d'améliorer significativement la précision de la mesure de la section efficace de capture de l'uranium-233 tout en apportant des informations complémentaires sur la réaction de fission. Le doctorant contribuera à la mesure et l'analyse des données liées à cette expérience. Une partie du travail sera dévolue au développement et à l'amélioration des détecteurs, ainsi qu'à la simulation du dispositif afin d'estimer les biais expérimentaux (par exemple les sources de bruit de fond, l'effet du taux de comptage sur la réponse du calorimètre) et améliorer la précision de la section efficace. En outre, la simulation donnera accès à la contribution des gammas de fission. Les données seront analysées en utilisant la théorie de la matrice R afin d'extraire les paramètres de résonance. Une analyse statistique de ces paramètres de résonance sera ensuite effectuée.

  • Titre traduit

    Development of a detector for the simultaneous measurement and for the study of uranium-233 capture and fission yields at the CERN n_TOF neutron source


  • Résumé

    One of the options discussed in the Gen-IV International Forum dedicated to the next generation of nuclear reactors is to use a fuel based on the thorium cycle. This cycle being little used in the world, the associated basic data are of relatively poor quality at present. The n_TOF collaboration performs measurements of neutron capture cross sections associated with the thorium cycle, which is based on the production and fission of uranium-233. One of the particularities of this nucleus is to have a capture cross section lower by one order of magnitude compared to fission on the whole energy range. A first series of measurements have been carried out since 2004 using the n_TOF Total Absorption Calorimeter (TAC). The main difficulty of these measurements was the lack of a fission detector to identify the fission events in the calorimeter, making capture-fission discrimination very difficult to perform. A new measurement campaign is planned at the n_TOF facility (CERN), where the gamma calorimeter will be equipped with a new uranium-233 active target acting as fission detector. This new experiment is expected to improve significantly the accuracy of the capture cross section of uranium-233 while providing additional information on the fission reaction. The PhD candidate will contribute to the measurement and analysis of the data related to this experiment. A part of the work will be devoted to the development and upgrade of the detectors and simulations of the measurement in order to estimate the experimental biases (e.g. sources of background noise, effects of the counting rate on the response of the calorimeter) and to improve the accuracy of the deduced cross-section. Furthermore, the simulation will give access to the contribution of prompt fission gammas. The data will be analysed using the R-Matrix theory in order to extract the resonance parameters. A statistical analysis of these resonance parameters will be performed.