Implantation du faisceau multiPW dans l'installation LIL.
Dans le cadre de l’évaluation du statut réglementaire de l’installation LIL (Ligne d'Intégration Laser) du projet PETAL, un bilan des radionucléides créés suite à un tir laser a été réalisé par le CEA/DAM pour les trois types d’expériences envisagés. Concernant l’une de ces expériences, une étude complémentaire a été proposée au LENAC afin de déterminer le bilan radiologique de l’installation en prenant en compte l’ensemble des réactions photo-nucléaires et d’évaluer l’influence de l’hypothèse initialement prise dans les calculs réalisés par le CEA/DAM.
Dans le cadre du terme source n°1, pour lequel la production de photons (jusqu’à 300 MeV) est la plus importante parmi tous les autres termes sources, les réactions photo-nucléaires sur les matériaux de l’installation produisent des noyaux résiduels par réactions (γ,X). Les réactions photo-nucléaires sont des réactions à seuil, ce qui signifie que le photon doit avoir au moins une certaine énergie (variable selon les noyaux cibles mais généralement de l’ordre d’une dizaine de MeV) pour arracher une particule légère (du neutron à l’alpha) au noyau cible. Les sections efficaces, qui représentent les probabilités de réactions exclusives amenant à la formation de tel ou tel noyau résiduel, dépendent de l’énergie du photon incident et du type de réaction considérée ((γ,n), (γ,p), γ,2n)…).
Le LENAC a alors mis en place une méthodologie afin de calculer et de comparer les bilans radiologiques, pour l’ensemble des réactions photo-nucléaires et également suivant l’hypothèse initialement prise dans les calculs du CEA/DAM (activité par la voie de réaction (γ,n) uniquement). Le transport des particules (gamma et neutron) a été effectué par le code MCNPX. Le code d’activation CINDER’90 a été ensuite utilisé pour déterminer l’activité des différents matériaux. En effet, ce code intègre les sections efficaces de réactions photo-nucléaires évaluées jusqu'à 25MeV pour une large gamme de noyaux. Concernant la gamme des hautes énergies (Eγ>25MeV), les sections efficaces ont été calculées via le code FLUKA, les résidus de réaction ainsi produits étant ensuite intégrés au processus d’irradiation et de décroissance. Cette méthode a permis d’évaluer les sections efficaces sur l’ensemble de la gamme en énergie du terme source considéré. Ces sections efficaces ont été partiellement validées par des mesures expérimentales disponibles dans la littérature, bien que très rares.
Ensemble des sections efficaces des réactions des photons gammas sur le fer-56 utilisées lors des calculs d'activation. Du fait des limitations du code d'activation CINDER au-delà de 25 MeV, celles-ci ont été complétées à l'aide d'un travail d'évaluation réalisé à l'aide de FLUKA.
Impact de l'hypothèse initiale de calcul sur l'activité totale.
Le résultat obtenu montre, comme attendu, que la prise en compte de l’ensemble des réactions génère une activité plus importante que celle intégrant uniquement la voie (γ,n). Cependant, cette augmentation ne dépasse pas un facteur 10 qui est constaté pour des temps de décroissance très faibles (1E-3 à 0,1 s). En effet, nous avons montré que quelques radio-isotopes à vie très courte, donc de forte activité, sont en plus créés (comme le 22*Na par réaction (γ,p) ayant un T1/2 de 20 ms) et augmentent significativement l’activité totale de l’installation. Le facteur Q (calculé à partir du spectre radiologique et de valeurs réglementaires), augmente lui-aussi, plus particulièrement pour des temps de vie plus longs. Un physicien nucléaire du LENAC à travaillé durant 3 mois pour réaliser cette étude.
Contacts: Aymeric Van Lauwe, Fréderic Marie
