RECHERCHE

Applications des sciences nucléaires

Les données nucléaires

Depuis 2014, le groupe s’intéresse à la détermination de la section efficace de la réaction 16O(n, alpha)13C qui pourrait être mesurée sur la future installation NFS à SPIRAL2. 

SCALP
Scintillating ionization Chamber for ALPha particle detection in neutron induced reactions

Depuis 2014, le groupe s’intéresse à la détermination de la section efficace de la réaction 16O(n, alpha)13C qui pourrait être mesurée sur la future installation NFS à SPIRAL2. Cette réaction est intéressante pour les réacteurs utilisant de l’eau comme caloporteur et modérateur, ainsi que pour les réacteurs utilisant des combustibles oxyde. Cette réaction est responsable de 25 % de la production d’hélium et sa méconnaissance (des écarts allant jusqu’à plus de 30 % sont observés dans les données existantes, y compris les plus récentes) entraîne une incertitude de 7 % sur cette production (pour les REP) et une incertitude de 100 pcm sur la détermination du keff (pour les REP, RNR). Dans le cadre de la HRPL de l’NEA une détermination de cette section efficace à mieux que 5 % du seuil en énergie (2,36 MeV) jusqu’à 20 MeV est requise depuis 2005. Cette requête est basée sur les conclusions du document NEA/WPEC n° 26 et elle a été confortée en 2014 par les travaux du groupe CIELO1 (NEA/WPEC n° 40). 

Physique des réacteurs. Expérience SCALP. Scintillating ionization Chamber for ALPha particle detection in neutron induced reactions.
Physique des réacteurs. Expérience SCALP. Scintillating ionization Chamber for ALPha particle detection in neutron induced reactions.

Pour réaliser la mesure de cette section efficace, le dispositif SCALP a été étudié et développé au LPC Caen. Le dispositif consiste en une chambre d’ionisation scintillante remplie d’un mélange de CF4, choisi pour ses propriétés scintillantes, et de CO2 dont l’oxygène est utilisé comme noyau cible. Il permet, d’une part, de mesurer l’énergie déposée à l’aide de la chambre d’ionisation (chio) et, d’autre part, de déterminer l’énergie du neutron incident en utilisant la méthode du temps de vol et le signal rapide associé au processus de scintillation. La combinaison de l’énergie déposée dans la chio par les particules produites avec l’énergie du neutron permet de discriminer et de sélectionner, parmi toutes les réactions ayant lieu dans le gaz, la réaction nucléaire d’intérêt. Les caractéristiques de ce mélange pour différentes concentrations de CO2 ont été étudiées au laboratoire avec des sources alpha.

Afin d’estimer les performances de notre détecteur et d’étudier les réactions (n, alpha) avec le 12C et le 19F, la stratégie suivie consiste à effectuer une première campagne de mesures avec le CF4 seul, auprès de différentes installations de faisceaux de neutrons en Europe : la plate-forme GENESIS (LPSC, Grenoble, France), les installations nELBE (HZDR, Dresde, Allemagne) et GELINA (JRC-IRMM, Geel, Belgique). Une deuxième campagne sera réalisée avec du CF4 et du CO2 pour estimer les performances avec un mélange gazeux, en particulier la dégradation de l’énergie déposée et de la résolution du temps de vol.

Comme les taux de réaction 16O(n, alpha) seront trop faibles pour atteindre les incertitudes visées en utilisant les installations nELBE ou GELINA, une nouvelle campagne expérimentale sera réalisée auprès de l’installation NFS de SPIRAL2 (Ganil, France). NFS fournira l’intensité de neutrons qui permettra de répondre aux exigences de la HPRL.

La dernière étape du projet SCALP consistera à produire les fichiers de données des sections efficaces (n, alpha) sur les noyaux d’16O et de 19F, à mettre à dispositions ces données sur la plate-forme EXFOR et à proposer une nouvelle évaluation de la section efficace 16O (n,alpha) en collaboration avec la communauté des évaluateurs.

Physique des réacteurs. Expérience SCALP. Scintillating ionization Chamber for ALPha particle detection in neutron induced reactions. Simulation de la réponse du dispositif SCALP pour un mélange de CF4 et CO2.
Physique des réacteurs. Expérience SCALP. Scintillating ionization Chamber for ALPha particle detection in neutron induced reactions. Simulation de la réponse du dispositif SCALP pour un mélange de CF4 et CO2.

Le projet SCALP est soutenu par :

  • le projet SANDA (H2020 SANDA GA 847552), WP2  » “New nuclear data measurements for energy and non-energy applications”, Tâche 2.1.2: « Neutron induced charged particle production cross sections.
  • le projet ARIEL (H2020 ARIEL GA), soutien financier de l’expérience à l’installation nELBE.
  • le Master projet IN2P3 OPALE, « des dOnnées exPérimentAles à l’évaLuation pour les réactEurs ».
  • le programme de recherche NEEDS du CNRS via le projet NACRE, WP1 Section efficace, Action 1.2 Etude de la réaction 16O(n, alpha)13C.
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