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| Titre : |
Détermination des distributions spatiales et énergétiques des neutrons autour d’un réacteur nucléaire |
| Type de document : |
texte imprimé |
| Auteurs : |
Layachi Boukerdja ; Abdeslam Seghour, Directeur de thèse |
| Editeur : |
Setif:UFA |
| Année de publication : |
2016 |
| Importance : |
1 vol. (137 f.) |
| Format : |
29 cm |
| Catégories : |
Thèses & Mémoires:Physique
|
| Mots-clés : |
Réacteur nucléaire
Flux de neutrons
Distribution spatiale
Distribution énergétique
Longueur d’onde
Diffraction de Bragg, DSTN, CR-39, BN1
Traces nucléaires
Neutronographie
Méthode d’activation des feuilles. |
| Résumé : |
Les réacteurs nucléaires sont des sources de neutrons pouvant délivrer des flux suffisamment intenses. Les
expériences nucléaires mettant en jeu des irradiations autour du réacteur, exigent une détermination précise des
distributions spatiales et énergétiques des neutrons incidents.
Dans ce travail, nous avons utilisé le Détecteur Solide de Traces Nucléaires (DSTN) CR-39 en combinaison avec
un convertisseur neutron-particules chargées en bore naturel de type BN1 pour la caractérisation de la distribution des
neutrons thermiques à la sortie d’un diffractomètre neutronique et un appareil de neutronographie installés autour du
réacteur de recherche nucléaire Es-Salam de Birine. La mesure du flux de neutrons par cette technique a nécessité le
développement d’un calcul théorique qui a permis d’établir la relation qui relie la densité de traces enregistrées dans le
détecteur CR-39 à la distribution des neutrons. Les valeurs de flux de neutrons obtenues par cette technique sont en
bonnes concordances avec les valeurs mesurées par la méthode d’activation. La longueur d’onde associée aux neutrons
à la sortie du diffractomètre a été mesurée par la méthode de diffraction de Bragg et la valeur trouvée est de l’ordre
=1.452 Ã….
Par ailleurs, le degré d’homogénéité du faisceau neutronique à la sortie des deux installations a été évalué par la
technique de neutronographie. |
| Note de contenu : |
Sommaire
Liste des Tableaux……….………………………………………..……………………..….vii
Table des Figures………………………..……..………………………………………..….viii
Introduction Générale..............................................................................................................1
Chapitre I : Interaction des rayonnements avec la matière et rappels de la
Neutronique
I. 1 Interaction des rayonnements avec la matière………………………………...……………….4
I.1.1 Interaction des particules chargées avec la matière…………………………………………..4
1. Interaction coulombienne………………………………………………………………….5
2. Collision nucléaire…………………………………………………………………………5
3. Emission radiative…………………………………………………………………………5
I.1.1.1 Transfert Linéique d’Energie (TLE)……………………………..………………..…...6
1. Cas des particules lourdes………………………………………………………………….7
a. Perte d’énergie des particules ………………………………………………………..7
2. Cas des particules légères ………………………………………………………………..8
I.1.1.2 Parcours des particules chargées…………………………………………………………...8
I.1.2. Interaction des particules neutres avec la matière...................................................................9
I.1.2.1 Sections efficaces et coefficient d’atténuation……………………………………...……...9
I.1.2.2 Cas des neutrons…………………………………………………………………………..11
I.1.2.3.1 Réaction de diffusion…………………………………………………………………...11
1. Diffusion élastique (n, n)………………………………………………………………..12
a. Diffusion élastique potentielle………………………………………………………….12
b. Diffusion élastique résonante…………………………………………………………..13
2. Diffusion inélastique (n, n)……………………………………………………………..13
I.1.2.3.2 Réaction d’absorption…………………………………………………………………..13
1. Capture radiative……………………………………………………………………….13
2. Réactions nucléaires (n, x)……………………………………………………………..13
3. Réactions nucléaires (n, xn) ; x=2.3…………………………………………………...14
4. Réactions de fission (n, f)……………………………………………………………...14
I.2 Rappel de la Neutronique……………………………………………………………………..14
I.2.1 Sources de Neutrons………………………………………………………………………15
I.2.1.1 Les sources radioactives…………………………………………………………………..15
I.2.1.1.1 Les sources de fission spontanée………………………………………………………..15
I.2.1.1.2 Sources de neutrons par réactions induites……………………………………………...16
1. Sources par réaction (, n)………………………………………………………………..16
2. Sources par réaction (, n)……………………………….……………………………….17
I.2.1.2 Accélérateurs de particules………………………………………………………………..18
I.2.1.3 Les réacteurs nucléaires…………………………………………………………………...18
I.2.2 Equation de transport de Boltzmann………………………………………………………..19
I.2.2.1 Densité, flux et courant de neutrons……………………………………………………...19
I.2.2.2 Etablissement de l’équation de Boltzmann……………………………………………….22
I.2.3 Distribution Energétique des neutrons dans un réacteur nucléaire…………………………26
I.2.3.1 Spectre Maxwellian……………………………………………………………………….27
I.2.3.2 Spectre Rapide (spectre des neutrons de fission)…………………………………………28
I.2.3.3 Spectre des énergies des neutrons intermédiaires………………………………………...28
I.2.4 Distribution générale des énergies des neutrons dans un réacteur nucléaire………………29
Chapitre II : Détection et spectrométrie des neutrons
II.1 Détection des neutrons……………………………………………………………………… 31
II.1.1 Principes de bases des détecteurs à gaz……………………………………………………31
II.1.1.1 Mode de fonctionnement d'un détecteur gazeux…………………………………………32
1. Chambre d'ionisation……………………………………………………………………..34
2. Compteur proportionnel………………………………………………………………….34
II.1.1.2 Réactions nucléaires utilisées dans les détecteurs à gaz………………………………...35
1. La réaction …………………………………………………………………….35
2. La réaction ...........36
3. La réaction............37
4. La réaction de capture du gadolinium pour les neutrons………………………………...37
5. Réactions de fission induites par neutron………………………………………………...37
II.1.2 Détecteurs de Neutrons thermiques………………………………………………………..38
II.1.2.1 Détecteurs à gaz………………………………………………………………………….38
1. Compteur proportionnel BF3……………………………………………………………..38
2. Chambre d’ionisation à dépôt de ..............39
3. Compteurs à Hélium 3……………………………………………………………………40
4. Les chambres à fission…………………………………………………………………………41
II.1.2.2 Détection et mesure du flux de neutrons par la méthode d’activation des feuilles………42
II.1.2.3 Les Détecteurs Solides de Traces Nucléaires (DSTN)…………………………………...46
II.2 Spectrométrie de neutrons……………………………………………………………………48
II.2.1 Mesure du spectre d’énergies des neutrons par la méthode du proton de recul……………48
II.2.2 Le système multi-sphères : Sphères de BONNER…………………………………………50
II.2.3 La méthode de temps de-vol……………………………………………………………….51
II.2.4 Le spectromètre à Cristal…………………………………………………………………..53
Chapitre III. Détecteurs Solides de Traces Nucléaires (D.S.T.N)
III.1 Introduction…………………………………………………………………………………55
III.2 Nature des détecteurs solides de traces nucléaires………………………………………….56
III.2.1 Les détecteurs minéraux…………………………………………………………………..56
III.2.2 Détecteurs solides plastiques……………………………………………………………...56
1. Caractéristiques du CR-39………………………………………………………………..56
2. Caractéristique du LR11………………………………………………………………….58
3. III.3 Dommages crées par les radiations dans les solides………………………………...58
III.3.1 Interaction des particules chargées avec la matière……………………………………….60
III.3.2 Distribution spatiale du dépôt de l’énergie………………………………………………..62
III.3.3 Modifications structurales………………………………………………………………...62
III.4 Modèles de formation des traces nucléaires………………………………………………..64
III.4.1 Modèle de perte totale d’énergie…………………………………………………………64
III.4.2 Modèle d’ionisation primaire…………………………………………………………….64
III.4.3 Modèle d’explosion ionique……………………………………………………………...65
III.4.4 Modèle de perte d'énergie restreinte……………………………………………………...68
III.5 Techniques de révélation des traces………………………………………………………..69
III.5.1 Développement chimique………………………………………………………………...69
III.6 Comptage des traces………………………………………………………………………..70
III.7 Géométrie de traces nucléaires……………………………………………………………..70
III.7.1 Incidence normale………………………………………………………...……………….71
III.7.2 Incidence oblique…………………………………………………………………………74
III.8 Application des détecteurs solides de traces nucléaires dans divers domaines ……………77
Chapitre IV : Caractérisation des faisceaux neutroniques
Introduction..............................................................................79
IV.1 Application du détecteur CR39-BN1 pour la mesure du flux neutronique…………………79
IV.1.1. Approche théorique développée………………………………………………………….80
IV.1.2 Techniques expérimentales et irradiation..………………………………………………..96
IV.1.2.1 Description du réacteur Es-Salam………………………………………………………96
IV.1.2.2 Caractérisation du faisceau neutronique du diffractomètre……………………………..96
1. Description du système de diffraction neutronique…………………………………..96
2. Mesure du flux de neutrons thermiques…………………………………………….99
a. Irradiation et montage expérimental utilisé dans la mesure du
flux par DSTN………………………………………………………………...99
b. Résultats et discussion………………………………………………………100
3. Etude du degré d’homogénéité du faisceau par la technique de Neutronographie...102
a. Résultats et discussion………………………………………………………104
4. Mesure de la longueur d’onde associée au faisceau neutronique…………………...106
5. Etude de la distribution des traces…………………………………………………..108
a. Distribution des traces circulaires en fonction du diamètre…………………108
b. Distribution des traces elliptiques en fonction du petit et grand axe………..109
IV.1.2.3 Caractérisation du faisceau neutronique de l’installation de Neutronographie………..110
1. Description du canal de neutronographie…………………………………………...110
2. Etude du degré d’homogénéité du faisceau par la technique de neutronographie.....111
a. Principe de détection et conditions d’irradiation……………………………….111
b. Résultats…………………………………………………………………………113
3. Mesure de la distribution spatiale du faisceau neutronique par la méthode
d’activation………………………………………………………………………….119
a. Résultats et discussion………………………………………………………120
4. Mesure du rapport de Cadmium…………………………………………………….121
a. Irradiation et mesures………………………………………………………..122
IV.2 Etude de l'efficacité de détection des neutrons dans deux configurations d'irradiations
différentes……………………………………………………………………………………….126
IV.2.1. Résultats………………………………………………………………………………...127
IV.3 Etude de la variation de fluence neutronique en fonction du temps d’irradiation…………128
IV.4 Etude de la variation de l’épaisseur en fonction du temps de révélation………………….129
IV.5 Etude de la variation des traces en fonction du temps de révélation………………………129
Conclusion Générale………………………………………………………………………132
Références ………………………….………………………………………..……………… |
| Côte titre : |
DPH/0187;DPH/0284
|
| En ligne : |
https://drive.google.com/file/d/1fTD_TqvIIpM7D9dUkFVTFvEspyLhC_Il/view?usp=shari [...] |
| Format de la ressource électronique : |
pdf |
Détermination des distributions spatiales et énergétiques des neutrons autour d’un réacteur nucléaire [texte imprimé] / Layachi Boukerdja ; Abdeslam Seghour, Directeur de thèse . - [S.l.] : Setif:UFA, 2016 . - 1 vol. (137 f.) ; 29 cm.
| Catégories : |
Thèses & Mémoires:Physique
|
| Mots-clés : |
Réacteur nucléaire
Flux de neutrons
Distribution spatiale
Distribution énergétique
Longueur d’onde
Diffraction de Bragg, DSTN, CR-39, BN1
Traces nucléaires
Neutronographie
Méthode d’activation des feuilles. |
| Résumé : |
Les réacteurs nucléaires sont des sources de neutrons pouvant délivrer des flux suffisamment intenses. Les
expériences nucléaires mettant en jeu des irradiations autour du réacteur, exigent une détermination précise des
distributions spatiales et énergétiques des neutrons incidents.
Dans ce travail, nous avons utilisé le Détecteur Solide de Traces Nucléaires (DSTN) CR-39 en combinaison avec
un convertisseur neutron-particules chargées en bore naturel de type BN1 pour la caractérisation de la distribution des
neutrons thermiques à la sortie d’un diffractomètre neutronique et un appareil de neutronographie installés autour du
réacteur de recherche nucléaire Es-Salam de Birine. La mesure du flux de neutrons par cette technique a nécessité le
développement d’un calcul théorique qui a permis d’établir la relation qui relie la densité de traces enregistrées dans le
détecteur CR-39 à la distribution des neutrons. Les valeurs de flux de neutrons obtenues par cette technique sont en
bonnes concordances avec les valeurs mesurées par la méthode d’activation. La longueur d’onde associée aux neutrons
à la sortie du diffractomètre a été mesurée par la méthode de diffraction de Bragg et la valeur trouvée est de l’ordre
=1.452 Ã….
Par ailleurs, le degré d’homogénéité du faisceau neutronique à la sortie des deux installations a été évalué par la
technique de neutronographie. |
| Note de contenu : |
Sommaire
Liste des Tableaux……….………………………………………..……………………..….vii
Table des Figures………………………..……..………………………………………..….viii
Introduction Générale..............................................................................................................1
Chapitre I : Interaction des rayonnements avec la matière et rappels de la
Neutronique
I. 1 Interaction des rayonnements avec la matière………………………………...……………….4
I.1.1 Interaction des particules chargées avec la matière…………………………………………..4
1. Interaction coulombienne………………………………………………………………….5
2. Collision nucléaire…………………………………………………………………………5
3. Emission radiative…………………………………………………………………………5
I.1.1.1 Transfert Linéique d’Energie (TLE)……………………………..………………..…...6
1. Cas des particules lourdes………………………………………………………………….7
a. Perte d’énergie des particules ………………………………………………………..7
2. Cas des particules légères ………………………………………………………………..8
I.1.1.2 Parcours des particules chargées…………………………………………………………...8
I.1.2. Interaction des particules neutres avec la matière...................................................................9
I.1.2.1 Sections efficaces et coefficient d’atténuation……………………………………...……...9
I.1.2.2 Cas des neutrons…………………………………………………………………………..11
I.1.2.3.1 Réaction de diffusion…………………………………………………………………...11
1. Diffusion élastique (n, n)………………………………………………………………..12
a. Diffusion élastique potentielle………………………………………………………….12
b. Diffusion élastique résonante…………………………………………………………..13
2. Diffusion inélastique (n, n)……………………………………………………………..13
I.1.2.3.2 Réaction d’absorption…………………………………………………………………..13
1. Capture radiative……………………………………………………………………….13
2. Réactions nucléaires (n, x)……………………………………………………………..13
3. Réactions nucléaires (n, xn) ; x=2.3…………………………………………………...14
4. Réactions de fission (n, f)……………………………………………………………...14
I.2 Rappel de la Neutronique……………………………………………………………………..14
I.2.1 Sources de Neutrons………………………………………………………………………15
I.2.1.1 Les sources radioactives…………………………………………………………………..15
I.2.1.1.1 Les sources de fission spontanée………………………………………………………..15
I.2.1.1.2 Sources de neutrons par réactions induites……………………………………………...16
1. Sources par réaction (, n)………………………………………………………………..16
2. Sources par réaction (, n)……………………………….……………………………….17
I.2.1.2 Accélérateurs de particules………………………………………………………………..18
I.2.1.3 Les réacteurs nucléaires…………………………………………………………………...18
I.2.2 Equation de transport de Boltzmann………………………………………………………..19
I.2.2.1 Densité, flux et courant de neutrons……………………………………………………...19
I.2.2.2 Etablissement de l’équation de Boltzmann……………………………………………….22
I.2.3 Distribution Energétique des neutrons dans un réacteur nucléaire…………………………26
I.2.3.1 Spectre Maxwellian……………………………………………………………………….27
I.2.3.2 Spectre Rapide (spectre des neutrons de fission)…………………………………………28
I.2.3.3 Spectre des énergies des neutrons intermédiaires………………………………………...28
I.2.4 Distribution générale des énergies des neutrons dans un réacteur nucléaire………………29
Chapitre II : Détection et spectrométrie des neutrons
II.1 Détection des neutrons……………………………………………………………………… 31
II.1.1 Principes de bases des détecteurs à gaz……………………………………………………31
II.1.1.1 Mode de fonctionnement d'un détecteur gazeux…………………………………………32
1. Chambre d'ionisation……………………………………………………………………..34
2. Compteur proportionnel………………………………………………………………….34
II.1.1.2 Réactions nucléaires utilisées dans les détecteurs à gaz………………………………...35
1. La réaction …………………………………………………………………….35
2. La réaction ...........36
3. La réaction............37
4. La réaction de capture du gadolinium pour les neutrons………………………………...37
5. Réactions de fission induites par neutron………………………………………………...37
II.1.2 Détecteurs de Neutrons thermiques………………………………………………………..38
II.1.2.1 Détecteurs à gaz………………………………………………………………………….38
1. Compteur proportionnel BF3……………………………………………………………..38
2. Chambre d’ionisation à dépôt de ..............39
3. Compteurs à Hélium 3……………………………………………………………………40
4. Les chambres à fission…………………………………………………………………………41
II.1.2.2 Détection et mesure du flux de neutrons par la méthode d’activation des feuilles………42
II.1.2.3 Les Détecteurs Solides de Traces Nucléaires (DSTN)…………………………………...46
II.2 Spectrométrie de neutrons……………………………………………………………………48
II.2.1 Mesure du spectre d’énergies des neutrons par la méthode du proton de recul……………48
II.2.2 Le système multi-sphères : Sphères de BONNER…………………………………………50
II.2.3 La méthode de temps de-vol……………………………………………………………….51
II.2.4 Le spectromètre à Cristal…………………………………………………………………..53
Chapitre III. Détecteurs Solides de Traces Nucléaires (D.S.T.N)
III.1 Introduction…………………………………………………………………………………55
III.2 Nature des détecteurs solides de traces nucléaires………………………………………….56
III.2.1 Les détecteurs minéraux…………………………………………………………………..56
III.2.2 Détecteurs solides plastiques……………………………………………………………...56
1. Caractéristiques du CR-39………………………………………………………………..56
2. Caractéristique du LR11………………………………………………………………….58
3. III.3 Dommages crées par les radiations dans les solides………………………………...58
III.3.1 Interaction des particules chargées avec la matière……………………………………….60
III.3.2 Distribution spatiale du dépôt de l’énergie………………………………………………..62
III.3.3 Modifications structurales………………………………………………………………...62
III.4 Modèles de formation des traces nucléaires………………………………………………..64
III.4.1 Modèle de perte totale d’énergie…………………………………………………………64
III.4.2 Modèle d’ionisation primaire…………………………………………………………….64
III.4.3 Modèle d’explosion ionique……………………………………………………………...65
III.4.4 Modèle de perte d'énergie restreinte……………………………………………………...68
III.5 Techniques de révélation des traces………………………………………………………..69
III.5.1 Développement chimique………………………………………………………………...69
III.6 Comptage des traces………………………………………………………………………..70
III.7 Géométrie de traces nucléaires……………………………………………………………..70
III.7.1 Incidence normale………………………………………………………...……………….71
III.7.2 Incidence oblique…………………………………………………………………………74
III.8 Application des détecteurs solides de traces nucléaires dans divers domaines ……………77
Chapitre IV : Caractérisation des faisceaux neutroniques
Introduction..............................................................................79
IV.1 Application du détecteur CR39-BN1 pour la mesure du flux neutronique…………………79
IV.1.1. Approche théorique développée………………………………………………………….80
IV.1.2 Techniques expérimentales et irradiation..………………………………………………..96
IV.1.2.1 Description du réacteur Es-Salam………………………………………………………96
IV.1.2.2 Caractérisation du faisceau neutronique du diffractomètre……………………………..96
1. Description du système de diffraction neutronique…………………………………..96
2. Mesure du flux de neutrons thermiques…………………………………………….99
a. Irradiation et montage expérimental utilisé dans la mesure du
flux par DSTN………………………………………………………………...99
b. Résultats et discussion………………………………………………………100
3. Etude du degré d’homogénéité du faisceau par la technique de Neutronographie...102
a. Résultats et discussion………………………………………………………104
4. Mesure de la longueur d’onde associée au faisceau neutronique…………………...106
5. Etude de la distribution des traces…………………………………………………..108
a. Distribution des traces circulaires en fonction du diamètre…………………108
b. Distribution des traces elliptiques en fonction du petit et grand axe………..109
IV.1.2.3 Caractérisation du faisceau neutronique de l’installation de Neutronographie………..110
1. Description du canal de neutronographie…………………………………………...110
2. Etude du degré d’homogénéité du faisceau par la technique de neutronographie.....111
a. Principe de détection et conditions d’irradiation……………………………….111
b. Résultats…………………………………………………………………………113
3. Mesure de la distribution spatiale du faisceau neutronique par la méthode
d’activation………………………………………………………………………….119
a. Résultats et discussion………………………………………………………120
4. Mesure du rapport de Cadmium…………………………………………………….121
a. Irradiation et mesures………………………………………………………..122
IV.2 Etude de l'efficacité de détection des neutrons dans deux configurations d'irradiations
différentes……………………………………………………………………………………….126
IV.2.1. Résultats………………………………………………………………………………...127
IV.3 Etude de la variation de fluence neutronique en fonction du temps d’irradiation…………128
IV.4 Etude de la variation de l’épaisseur en fonction du temps de révélation………………….129
IV.5 Etude de la variation des traces en fonction du temps de révélation………………………129
Conclusion Générale………………………………………………………………………132
Références ………………………….………………………………………..……………… |
| Côte titre : |
DPH/0187;DPH/0284
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| En ligne : |
https://drive.google.com/file/d/1fTD_TqvIIpM7D9dUkFVTFvEspyLhC_Il/view?usp=shari [...] |
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