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Production de neutrons par réactions photonucléaires. GIACRI-MAUBORGNE Marie-Laure CEA Saclay DSM/DAPNIA/SPhN giacri@cea.fr. Plan. La physique des réactions photonucléaires La production de neutrons Détection d’actinides Transmutation des déchets radioactifs. . U. Noyau excité. - PowerPoint PPT Presentation
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Production de neutrons Production de neutrons par réactions par réactions
photonucléairesphotonucléaires
GIACRI-MAUBORGNE Marie-Laure
CEA Saclay DSM/DAPNIA/SPhN
giacri@cea.fr
02/12/03 Journées jeunes chercheurs 2003
• La physique des réactions photonucléaires
• La production de neutrons
• Détection d’actinides
• Transmutation des déchets radioactifs
PlanPlan
02/12/03 Journées jeunes chercheurs 2003
La physiqueLa physique
U*
Noyau excité
Emission de neutrons
n
FP
FP
Fissione-
+
U
Bremsstrahlung
Cible
02/12/03 Journées jeunes chercheurs 2003
Les neutrons produitsLes neutrons produits
On a un maximum de neutrons si on envoie des photons de 15 MeV.
02/12/03 Journées jeunes chercheurs 2003
Les neutrons produits (2)Les neutrons produits (2)
Les neutrons issus de fission ont une énergie plus grande que les autres.
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Le Le ““problèmeproblème”” du du BremsstrahlungBremsstrahlung
Le Bremsstrahlung produit des photons avec une énergie allant de 0 à l’énergie des électrons primaires.
Pas de flux monoénergétique
Les réactions photonucléaires sont des réactions à seuil (6 MeV)
02/12/03 Journées jeunes chercheurs 2003
Production de neutronsProduction de neutrons
Il n’existe pas de source primaire intense de neutrons, on utilise soit des neutrons provenant de réacteur ou des neutrons de spallation (issus de la fission induite par protons de haute énergie).
Les réactions photonucléaires peuvent être une alternative.
02/12/03 Journées jeunes chercheurs 2003
Un coût réduitUn coût réduit
Comparison Spallation / Photonuclear
y = 0.1827x 0.1626
y = 0.0759x 0.1446
0
1
10
100
1 000
1.E+12 1.E+13 1.E+14 1.E+15 1.E+16 1.E+17 1.E+18 1.E+19
Neutron Flux (n/s)
Inve
stm
ent
Co
st
(ME
uro
)
SPALLATIONPHOTONUCLEAR
H. Safa et al.
Les flux de neutrons sont moins intenses que les flux produits par spallation mais le coût est divisé par 3.
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La transmutationLa transmutation
La transmutation consiste à irradier des matériaux pour réduire leur activité et/ou leur durée de vie. Par exemple :
93Zr + → n + 92Zr (stable)93Zr + → 2n + 91Zr (stable)93Zr + n → 94Zr (stable)
90Sr + → n + 89Sr → - + 89Y (stable)90Sr + → 2n + 88Sr (stable)90Sr + n → 91Sr → - + 91Y → - + 91Zr (stable)
02/12/03 Journées jeunes chercheurs 2003
La transmutation des La transmutation des déchets : déchets : 137137CsCs
1 an d’irradiation dans un flux de 1017 .cm-2.s-1
7 ans de décroissance
A 1018 .cm-2.s-1 l’activité totale est divisée par 16
Irradiation Décroissance
Naturelle (ref) Après traitement Flux équivalent neutrons
Activité 1 0.33 4 1017 nth.cm-2.s-1 / 1.5 1018nfast.cm-2.s-1
02/12/03 Journées jeunes chercheurs 2003
La transmutation des La transmutation des déchets :déchets :9393ZrZr
1 an d’irradiation dans un flux de 1017 .cm-2.s-1
7 ans de décroissance
A plus haut flux l’activité augmente. Mais elle est due à des radioéléments à vie plus courte : 85Kr (T1/2=11 ans) et 55Fe (T1/2<3ans)
Naturelle (ref) Après traitement Flux équivalent neutrons
Activité 1 0.67 1016 nth.cm-2.s-1 ou 6 1016 nfast.cm-2.s-1
Irradiation
Décroissance
02/12/03 Journées jeunes chercheurs 2003
Les neutrons retardés Les neutrons retardés témoins de la fissiontémoins de la fission
Lors d’une fission le noyau se sépare en deux noyaux plus des neutrons.
Certains de ces noyaux sont radioactifs et peuvent décroître en émettant un neutron. Ces neutrons qui sont produits plusieurs secondes après la fission sont appelés neutrons retardés.
02/12/03 Journées jeunes chercheurs 2003
Analyse non destructiveAnalyse non destructive
Neutrons retardés
Neutrons prompts de fission Cible-convertisseur
Electrons Photons
Si après l’arrêt du faisceau on détecte encore des neutrons cela indique qu’à l’intérieur du colis des actinides (uranium, plutonium) ont fissionné.
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• Production de faisceaux d’ions radioactifs• Dopage de semi-conducteurs• Dosimétrie par photo-excitation• Analyse de matériaux par fluorescence
Pour plus détails lire l’article "applications of photonuclear reactions" de D.J.S. Findlay publié dans NIM B50, p314 (1990)
Autres applicationsAutres applications
02/12/03 Journées jeunes chercheurs 2003
ConclusionConclusion
• Les réactions photonucléaires ont de nombreuses applications.
• Leur mise en place ne demande pas d’installations très lourdes.
• La transmutation des déchets par neutron et par réactions photonucléaires sont deux voies complémentaires qu’il faut étudier de manière plus approfondie.
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