La spallation et les données nucléaires Bilan et perspectives

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1 La spallation et les données nucléaires Bilan et perspectives Laurent Tassan-Got - Sylvie Leray - Gérard Barreau 1

2 Résidus en cinématique inverse Programme effectué p+ 197 Au 0.8 GeV/A p,d Pb 1 et 0.5 GeV/A p,d U 1 GeV/A p+ 56 Fe 0.3 à 1.5 GeV/A p+ 136 Xe 0.25 à 1 GeV/A Après 208 Pb 0.5GeV/A Sélection 2004 AIP Meilleures publications Avant 197 Au 0.8GeV/A 2

3 Résidus en cinématique inverse appm Concentrations 1500 MeV 1000 MeV 750 MeV 500 MeV 300 MeV Spallation du 56 Fe estimation des dommages à la fenêtre (production et cinématique) Déficiences systématique des calculs sous-estimation de la production - résidus légers multifragmentation - IMF et noyaux légers Incident energy (MeV) Robinson method Experiment Bertini/Dresner INCL4/ABLA Z DPA/year 3

4 Bilan Résidus en cinématique inverse Jeu unique de données obtenu pour la première fois Situation éclaircie sur les modèles : tri sélectif Développement de modèles incluant des descriptions plus proches de la physique (dynamique de la fission, composites dans INC) Certains modèles ont été inclus dans LAHET et MCNPX (INCL4+ABLA) Problèmes ouverts - Production des IMF et résidus légers - Temps de calcul (BRIC?) Perspectives - Mesures en coincidence (SPALLADIN) pour accéder au spectre d énergie d excitation, au rôle de l émission de composites et de la multifragmentation - Nécessité d un code d application complet? 4

5 Mesures Energies intermédiaires - Spectres en angle et énergie des particules légères (n,p,d,t, 3 He,α) dans les réactions induites par neutrons et protons sur 238 U, 208 Pb, 56 Fe - Rôle dans la propagation des cascades, et dans le dépôt thermique p d t He 4 Pb(n,LCP) 96 MeV - INCL4+ABLA (nucléons seulement) - MCNPX (GNASH) p d t He 4 - PREEQ 5

6 Codes récents Energies intermédiaires Pb(p,LCP) 63 MeV INCL4 ---TALYS... FLUKA GNASH ---TALYS 6

7 Energies intermédiaires Bilan - Ensemble complet de données (référence expérimentale) - Comparaison aux codes de calcul : très sévère * INC (INCL, FLUKA) : satisfaisant pour les nucléons (nouvelle version INCL pour les composites?) * PREEQ (1975) : remarquable pouvoir prédictif * Les codes en principe mieux adaptés à la physique de ces réactions (GNASH, TALYS) ont des difficultés La suite? - Nécessité d une évaluation (intercomparaison expérimentale)? - Inclure PREEQ dans un code applicatif (GEANT/MCNPX)? - Extraction des données pour (n,xn) : importance pour la propagation des cascades 7

8 GELINA Mesures neutroniques différentielles Mesures en transmission et en capture 99 Tc, 237 Np, 129 I, 103 Rh, 236 U, etc ntof - Capture avec C 6 D 6 - Capture avec calorimètre BaF 2 pour les γ - Fission Avantages : - capture : flux instantané (cibles radioactives) - fission : extension vers les hautes énergies dn/d(lne) counts per bunch Th(n,γ) CERN-nTOF 232 Th(n,γ) scattered photons radioactivity neutron energy (ev) 8

9 Mesures neutroniques différentielles Bilan - Extraction des données ntof en cours (capture et fission) - Mesures (n,2n) sur 207 Pb (Geel) et (n,5n) sur 232 Th (Louvain) Suite? - nécessité d un étalonnage du flux à haute énergie : diffusion (n,p) - plusieurs mesures refusées en 2004 pour raisons de sûreté ( 242 Pu, 241 Am, 243 Am) - installation fermée en aire expérimentale aux normes d un labo de classe A (investissement important du CERN) En Mesure du rapport d embranchement 209 Bi(n,γ) - Souhait de continuer des mesures de fission avec 241 Am, 243 Am à GELINA - Mesure de (n,n ), (n,2n), (n,3n) sur 206,208 Pb (Geel), développement de détecteurs germanium segmentés (important pour neutronique de cible de spallation ou caloporteur plomb) 9

10 Mesures intégrales et semi-intégrales Mesures effectuées à l ILL - Utilisation du haut flux de l ILL pour mesurer les sections efficaces (épi-)thermiques : forme de l évolution temporelle du taux de fission : faibles quantité de matière. -(n,γ) et (n,f) sur 238 Np à partir du 237 Np - mesures antérieures (n,γ) sur 241 Am, 243 Am, 209 Bi Perspectives - ILL : mesures sur les américiums, curium : développement de nouvelles chambres à gap réduit - Megapie (spectre plus dur) : mesure du flux et tests d incinération de 237 Np et 241 Am - PEREN : technique du spectromètre à ralentissement, mesure du rapport α=σ c /σ f pour 233 U : importance pour le pouvoir de surgénération en cycle Th/U 10

11 Le substitut des transferts Bilan - Mesure de la probabilité de fission, la section efficace dépend alors de la section efficace totale d absorption (modélisée) - Déduction de 231,232,233 Pa(n,f) à partir de transferts sur 232 Th - Mesure récente de (n,f) sur 239,241 Am,,240,242,244 Cm avec des cibles de 241 Am et 243 A m Prochaine étape - Utilisation des cibles d américium pour mesure directe des sections efficaces en neutrons de 0.1 à 7 MeV (important pour recoupement avec les mesures différentielles). 11

12 Travail récent Etudes de sensibilité - Développement d outils de calcul déterministes de l impact des incertitudes de sections efficaces sur le k eff - Application au benchmark Venus pour validation de la méthode, et au cas d un RSF thorium - Dans les 2 cas le paramètre crucial est d abord la capture sur le fertile. Dans le cas du thorium, les nouvelles mesures en cours devraient améliorer la précision (matrices de covariance associées). Perspectives - Application aux coefficients de réactivité (Döppler, vidange, β eff ) 12