Département d'Ingénierie des Systèmes

où  ν_d  est le rendement de neutrons retardés défini par le nombre de neutrons par fission, a_i l’abondance relative du groupe i (1),   et n_f  le taux de fission.

Rôle des neutrons retardés dans le pilotage des réacteurs. 

Les rendements de neutrons retardés des actinides sont importants pour la physique des réacteurs. Bien que de faible proportion (1%) par rapport aux neutrons prompts, les neutrons retardés augmentent le temps moyen d’émission de neutrons et permettent ainsi de contrôler la réaction en chaîne.

Certaines études de réacteurs REP chargés en Th-U ou Th-Pu ou des réacteurs innovants au Thorium sont en cours. La proportion des fissions issues du Thorium est faible, mais le rendement des neutrons retardés du Thorium est 10 fois plus grand que ceux du Plutonium et de l’Uranium. Il est donc nécessaire d’avoir une bonne connaissance des rendements mis en jeu. De plus, les incertitudes et les corrélations sur les données des rendements sont nécessaires au calcul de l’incertitude sur la réactivité globale d’un réacteur.

Les physiciens du CEA ont mesuré les neutrons retardés du Thorium et extrait les valeurs de ν_d  pour des neutrons incidents de 2 à 16 MeV permettant ainsi de balayer la zone de transition entre les fissions de première (Th(n,f)) et deuxième chance (Th(n,nf)). Une attention particulière a été portée sur le calcul des incertitudes et des corrélations. Les résultats retenus jusqu’à maintenant par les évaluateurs (Fig. 2, symboles bleus) ne permettaient pas de valider ou d’invalider les prédictions puisque la zone de transition attendue (~4-5 MeV) n’était pas couverte.

Mesures

La mesure du CEA a été réalisée au PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt) de Braunschweig grâce à un financement Efnudat (contrat européen). Ce laboratoire de métrologie possède deux accélérateurs : un Van de Graaff et un cyclotron. Ceux-ci permettent de produire, grâce à différentes réactions (³H(p,n)³He, ²H(d,n)³He et ³H(d,n)⁴He), des faisceaux de neutrons intenses et quasi-monocinétiques sur la gamme en énergie d’intérêt. Le détecteur de neutrons retardés est constitué de 12 compteurs ³He placés dans un cylindre de polyéthylène recouvert de Cadmium. La cible de Thorium de 182 g est placée à l’intérieur du cylindre (Fig.3). La technique de mesure consiste à alterner des périodes d’irradiation et des périodes de comptage et nécessite une connaissance précise des intensités et énergies des neutrons incidents.

 Résultats

Les résultats obtenus pour les rendements de neutrons retardés du Thorium ont été publiés récemment [1]. Ils sont représentés sur la Figure 2 avec des symboles rouges. Ils montrent la dépendance habituelle qui consiste en 2 plateaux reliés par une dépendance linéaire.  La précision des mesures du CEA est meilleure ou comparable à ce qui a été publié par les autres équipes. Elle permet de discriminer entre les bibliothèques américaines (ENDF) et japonaise (JENDL). Les résultats expérimentaux seront inclus dans la base de données EXFOR en remplacement des résultats préliminaires.

En plus d’être un élément essentiel pour le pilotage des réacteurs, ce type de données est utilisé pour la conception de dispositifs d’interrogation de colis de déchets ou de détection de matières nucléaires. Dans ce cadre des mesures de rendements de neutrons retardés issus de la photofission des actinides ont aussi été réalisées lors du programme PhotoNuc de l’Irfu. Les résultats, ont été transmis aux collaborateurs de la DAM et de la DRT qui développent des plates-formes de caractérisation de colis et des portiques de détection de matières nucléaires dans les ports.  

            Les rendements de neutrons retardés permettent aussi d’améliorer notre connaissance du processus de fission. Ces rendements résultent d’une succession de processus allant du partage de l’énergie d’excitation au rôle des effets pairs-impairs. Ils sont donc des observables intégrées permettant de valider les modèles.