Simulation numérique d’un dispositif de mesure des réactions de capture et de fission à n_TOF (CERN)

Sujet détaillé

Le plutonium (Pu) est produit dans les réacteurs à eau actuels qui utilisent de l’uranium (U) pour combustible. Le Pu-239 est produit par capture neutronique sur U-238 puis double décroissance β (U-238(n,γ)U-239 –> Np-239 –> Pu-239). Les Pu-240 et Pu-241 sont produits par captures successives sur le Pu-239. En fin de cycle, lorsque le combustible est usé, les isotopes fissiles du plutonium (Pu-239, Pu-241) contribuent significativement à la production d’énergie. Dans le cas d’un réacteur utilisant du plutonium pour combustible la contribution du Pu-241 est importante dès le début de cycle. Le Pu-241 est mal connu en raison des difficultés inhérentes à son étude, d’une part du fait de sa courte demi-vie (~14 ans) et d’autre part de sa décroissance en Am-241 dont la section de capture très élevée perturbe la mesure. L’Agence pour l’Énergie Nucléaire recommande donc d’améliorer la précision des sections de capture et de fission du Pu-241.
La section de capture du Pu-241 est environ 4 fois plus faible que celle de fission dans le domaine en énergie d’intérêt. Afin de réaliser une mesure précise de la capture il faut donc développer un dispositif permettant de détecter les gammas et d’identifier ceux provenant de la fission. Dans l’expérience proposée auprès de la source de neutrons n_TOF du CERN, les gammas issus des réactions (n,γ) et (n,f) sont détectés par un calorimètre 4pi (TAC – Total Absorption Calorimeter) tandis que les événements de fission sont identifiés par une chambre à fission (CaF) contenant les échantillons de Pu-241 placée au centre du TAC. Cette mesure permettra d’améliorer la précision de la section efficace de capture tout en apportant des informations complémentaires sur la réaction de fission (gammas prompts et section efficace).
Afin de concevoir les éléments du dispositif expérimental (CaF et échantillons notamment) et de démontrer la faisabilité de la mesure il est nécessaire de réaliser des simulations numériques. Au cours du stage le/la candidat/e contribuera à la préparation de l’expérience au sein de l’équipe d’accueil. Il/Elle réalisera les simulations numériques du dispositif expérimental (TAC + Chambre à Fission + échantillons) au moyen du code Geant4 et proposera des spécifications préliminaires pour le design de la Chambre à fission et des échantillons de Pu-241.
Le stage a vocation à être suivi d’une thèse de doctorat sur le même sujet, sous réserve d’acceptation du dossier (sujet, candidat, financement…).

Lieu du stage

Saclay

Conditions de stage

• Durée du stage : 6 mois
• Niveau d’étude requis : Bac+5
• Formation : Ingenieur/Master
• Poursuite possible en thèse : Oui
• Date limite de candidature : 1 février 2023

Méthodes, techniques :
Codes de transport des particules (Geant4) et d’évolution; Programmation en ROOT et C/C++; Techniques de mesures

Langages informatiques et logiciels :
Geant4, ROOT, C/C++

Responsable du stage

DUPONT Emmeric
Tél. : +33 1 69 08 75 53
Email :

Responsable DPhN / LEARN

LETOURNEAU Alain
Tél. : +33 1 69 08 76 01