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Café SPhN 02/02/2004

Développement de la bibliothèque d’activation de CINDER’90

Marie-Laure GIACRI-MAUBORGNE


Plan

Ajout des données photonucléaires pour les actinides dans CINDER’90 Sections efficaces

• HMS-ALICE • GNASH

Distribution des produits de fission • Systématique basée sur la fission induite par neutron • Calculée par ABLA

Expérience : mesure des neutrons retardés issus de photofission Optimisation du détecteur Etude du bruit


CINDER’90

A l’origine calcul d’activation dans un flux de neutrons pour des énergies inférieures à 25 MeV

Bibliothèque d’activation

Neutrons E<25 MeV


CINDER’90


Neutrons E<25 MeV

Ajout de sections efficaces photonucléaires pour les noyaux non fissiles à l’aide des données de l’IAEA et de HMS-ALICE

Z<89IAEA

159 isotopes

HMS-ALICE

Les autres

Photons E<25 MeV


CINDER’90


Neutrons E<25 MeV

Sections efficaces

Produits de fission

Z>899 isotopes

Z<89IAEA

159 isotopes

HMS-ALICE

Les autres

Photons E<25 MeV

Evaluations de (,1n), (,2n) et (,fission) pour :

232Th 233-234-235-236-238U 238-239-241Pu

Données expérimentales (section efficace de fission) pour : 237Np 240Pu

241-243Am


CINDER’90Bibliothèque d’activation

Neutrons E<25 MeV

Sections efficaces

Produits de fission

Z>899 isotopes

Peut-on utiliser HMS-ALICE pour continuer à développer la bibliothèque d’activation pour les actinides?

Z<89IAEA

159 isotopes

HMS-ALICE

Les autres

Photons E<25 MeV

?


Calcul théorique de section efficace avec HMS-ALICE

code de calcul théorique de sections efficaces

pouvoir prédictif important

Résultats incorrects pour les noyaux déformés Modification du calcul de la photoabsorption totale nécessaire pour résoudre le problème


Calcul de la section efficace de photoabsorption (1)

22

2

275.0

33.01

E

EE déforménon

i

GDR

iE

iEEi

i

)1( 22

2)22(

)23.0275.0(

9.01

11

1

E

EE déforménon Amélioration de la

paramétrisation par une modification de l’influence du paramètre de déformation sur le calcul de Ei et i


Calcul de la section efficace de photoabsorption (2)

Ce modèle est en cours d’insertion dans HMS-ALICE


Amélioration en cours de HMS-ALICE

Avec la nouvelle modélisation de l’absorption, le calcul des sections efficaces est possible


Photons E<25 MeV

Z<89IAEA

159 isotopes

HMS-ALICE

Les autres

Sections efficaces

Produits de fission

Z>899 isotopes


Ajout des données de GNASH


Photons E<25 MeV

Z<89IAEA

159 isotopes

HMS-ALICE

Les autres

Sections efficaces

Produits de fission

Z>899 isotopes

GNASH

237Np

Ajouter des sections efficaces pour le 237Np calculées par GNASH

Des calculs pour le 240Pu et l’241Am sont prévus


Utilisation de GNASH pour le calcul de sections efficaces

GNASH n’a pas de pouvoir prédictif. On a besoin de données expérimentales pour ajuster les paramètres des barrières de fission


Utilisation de GNASH pour le calcul de sections efficaces

Les résultats pour le neptunium sont en accord avec les résultats de T. Kase et al. (Nuc. Sci. Eng. 111 368, 1992)

De bons résultats

Besoin de données expérimentales

Demande beaucoup de temps


Ajout des produits de fission


Photons E<25 MeV

Z<89IAEA

159 isotopes

HMS-ALICE

Les autres

Sections efficaces

Produits de fission

Z>899 isotopes

GNASH

237Np

Systématique

?

On regarde si les produits de fission créés lors de la photofission ont une distribution proche de celle des produits créés par une fission induite par neutrons


Recherche d’une systématique basée sur la fission induite par neutrons

Il semblerait qu’une telle systématique existe. Au moins pour la distribution en masse.

Mais il reste à tester les distributions isotopiques

235U+nf

234U+nf

234U+n14MeV235U+n14MeV

235U+nth


Test des distributions isotopiquesDistribution des isotopes de l'antimoine (Z=51)

0

1

2

3

4

5

131 132 133 134 135 136Masse A

g+238U

nf+237U

nf+238U

nh+238U Les distributions

isotopiques expérimentales sont rares et anciennes

Données +238U : J. L. Meason and P. K. Kuroda Phys. Rev. 142 1965, 691

Distribution des isotopes du tellure (Z=52)

0

1

2

3

4

5

131 132 133 134 135 136Masse A

g+238U

nf+237U

nf+238U

nh+238U


Calcul des produits de fission


Photons E<25 MeV

Z<89IAEA

159 isotopes

HMS-ALICE

Les autres

Sections efficaces

Produits de fission

Z>899 isotopes

GNASH

237Np

ABLA (GSI)

?

ABLA permet de calculer les produits de spallation et la fission à haute énergie.

A tester pour le calcul des fragments de photofission.Systématique

?


Photofission de 235U

Les distributions en masse et en charge sont bien reproduites pour l’235U et l’238U (non présenté ici)


Rappel sur les neutrons retardés

Un noyau précurseur décroît en n

Le spectre des neutrons retardés donne la quantité de noyaux précurseurs produits lors de la fission

-

n

Particules incidentes Noyau fissileProduits de fission

E* > EBn


Comparaison des données bibliographiques sur les neutrons retardés (238U)

Réactions

nret total

(pour 100 fissions)

<T1/2>

(s)

+238U 3.1 6.3 s

nf+238U 4.4 5.2 s

n14MeV+238U 2.8 5.6 s

nf+237U 3.1 7.0 s

: Bremsstrahlung 15 MeV

nf+237U proche +238U

même noyau composé avec une énergie d’excitation proche

Fission induite par neutron : données ENDF-369


Comparaison des données bibliographiques sur les neutrons retardés (235U)

nf+234U proche +235U ( 15 MeV Bremsstrahlung)

Pas suffisant pour conclure à l’existence d’une systématique

Réactions

nret total

(pour 100 fissions)

<T1/2>

(s)

+235U 1 9.9 s

nth+235U 1.9 7.1 s

nf+235U 1.5 8.4 s

n14MeV+235U 1.7 7.8 s

nf+234U 0.9 10.9

n14MeV+234U 0.7 10.2


Comparaison des neutrons retardés issus de +235U et nf+234U

Groupe +235U nf+234U

55 s 5.6±0.2 5

20 s 24.5±0.5 35.7

5 s 24.4±0.9 20

2 s 33.7±0.5 33.7

0.6 s 9.1±1.0 4.6

0.2 s 2.8±1.1 1.3

La photofission de l’235U produit plus de précurseurs à vie courte que la fission de l’234U. On retrouve le même résultat pour l’238U.

Contribution de chaque groupe pour la production de neutrons retardés

Spectre des neutrons retardésDonnées bibliographiques

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0 10 20 30 40 50 60

Temps (s)

No

mb

re d

e n

eutr

on

s re

tard

és/s

po

ur

100

fiss

ion

s

g+235U

nf+234U


Calcul des neutrons retardés à partir des produits de fission calculés par ABLA

Pour l’235U et le 239Pu les données bibliographiques sont bien reproduites

Pour l’238U on a des écarts plus importants

Les isomères ne sont pas présents dans le calcul

Certains noyaux très riches en neutrons sont mal connus

Noyau

nret total

(pour 100 fissions)

<T1/2>

(s)

expérimental expérimental

calcul calcul

235U0.96±0.13 9.9

1.06 10.14

238U3.1±0.4 6.3

1.9 8.01

239Pu 0.36±0.06 9.32

0.52 10.9Données de O. P. Nikotin and K. A. Petrzhak (Atom. Ener. 20 3 p268, 1965)


Expérience de mesure de neutrons retardés

Expérience en collaboration avec la DAM-SPN

Dispositif expérimental : Faisceau d’électron

• Energie maximale 18 MeV• Courant maximal 10A

Cible de 400g d’uranium appauvri 2 détecteurs 48NH30 :

• 3He à 4 bars• Longueur active 30 cm• Diamètre 2.5 cm

De la paraffine comme modérateur


Dispositif expérimental : la cible

e- e-


Dispositif expérimental : le détecteur

3He

30cm

neutrons

CH2

2.5cm

n+3He p+t


Optimisation du détecteur

100 keV < En<1-2 MeV Les détecteurs à 3He

sont plus sensibles aux neutrons thermiques

On entoure les détecteurs de paraffine pour modérer les neutrons

0,0E+00

2,0E-04

4,0E-04

6,0E-04

8,0E-04

1,0E-03

1,2E-03

1,4E-03

Nb

réa

ctio

ns/

n

0 3 4 5 6 8 10

Epaisseur (cm)

Efficacité en fonction de l'épaisseur de paraffine avant le détecteur

0,1 MeV

0,5 MeV

1 MeV


Efficacité du détecteurEfficacité du détecteur après optimisation

Simulation

1,4

1,45

1,5

1,55

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Energie (MeV)

Nb

ré

ac

tio

ns

/n (

10

-3)

Le spectre en énergie des neutrons retardés n’est pas connu. L’efficacité du détecteur est suffisamment homogène pour permettre les mesures.Etalonnage prévu en mars


Le problème de la réflexion des neutrons sur les murs

C’est la principale source de bruit

Environ 4% Le bruit augmente avec

l’énergie Il peut être réduit par un

blindage en Cd


Décalage en temps lié au bruit

Le bruit prolonge le signal

<T>signal=1.28 10-4s

<T>S+B=2.01 10-4s

Le décalage (10-5s) est négligeable par rapport à l’échantillonnage en temps (10-2s)

0,0E+00

5,0E-05

1,0E-04

1,5E-04

2,0E-04

2,5E-04

3,0E-04

3,5E-04

4,0E-04

4,5E-04

No

mb

re d

e r

éa

cti

on

s

5,5

E+

001

,3E

+01

3,0

E+

017

,0E

+01

1,6

E+

023

,8E

+02

8,9

E+

022

,1E

+03

4,8

E+

031

,1E

+04

2,6

E+

046

,2E

+04

1,4

E+

053

,4E

+05

7,9

E+

051

,8E

+06

4,3

E+

061

,0E

+07

Temps (10-8s)

Bruit

Signal


Conclusion et perspectives : ajout de données

Amélioration de la section efficace d’absorption totale dans HMS-ALICE

Les distributions des produits de fission calculés par ABLA sont encourageantes

Ajout des isomères dans les produits de fission Ajout des produits de fission dans CINDER’90 Développement d’un code qui pour chaque

noyau fissile donne le spectre en temps et la quantité de noyaux retardés émis


Conclusion et perspectives : expérience

Le détecteur a été optimisé Etude du bruit en cours

Etalonnage du détecteur avec une source de Cf et un faisceau de neutrons

Mesure des neutrons retardés de fission induite par neutron en mars, et par photon en juillet

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