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Interrogation Photonique Active (IPA) et ses applications pour

Interrogation Photonique Active (IPA) et ses applications pour l’inspection des déchets nucléaires M. Gmar, F. Jeanneau , F. Lainé, H. Makil, Ph. Pillot, B. Poumarède CEA-Saclay, DRT/LIST/DIMRI/SIAR. Plan. Introduction IPA: principe et outils Dispositif expérimental

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Presentation Transcript

  1. Interrogation Photonique Active (IPA) et ses applications pour l’inspection des déchets nucléaires M. Gmar, F. Jeanneau, F. Lainé, H. Makil, Ph. Pillot, B. Poumarède CEA-Saclay, DRT/LIST/DIMRI/SIAR

  2. Plan • Introduction • IPA: principe et outils • Dispositif expérimental • Étude de faisabilité pour une installation d’inspection de déchets • Optimisation des mesures sur colis vitrifiés • R&D • Perspectives

  3. Introduction • IPA: • Expertise non-destructive • Béton de haute densité (~2.3) et matériaux hydrogénés (jusqu’à 15%)  Photons de haute énergie (> 6MeV)

  4. IPA: principe • Photons de haute-énergie produit par Bremsstrahlung • Seuil de photofission: 5-6 MeV • Le flux de neutrons retardés est proportionnel à la masse d’actinides du colis (235U, 238U, Pu, …) • L’évaluation des proportions isotopiques nécessite des techniques complémentaires (ou sont données par le producteur)

  5. Outils: la facilité SAPHIR SAPHIR: Système d’Activation PHotonique et d’IRradiation

  6. Outils: le code de simulation OPERA • Code développé au SIAR pour simuler les réactions photonucléaires • Basé sur le code Monte-Carlo MCNP version 4C • OPERA prend en compte les réactions photonucléaires telles que (g,n) ou (g,2n) et les processus de photofission (g,f) • Calcul en deux temps: • Taux de photofission • Transport des neutrons issus des réactions de photofission

  7. Dispositif expérimental (1): l’accélérateur • On peut utiliser un collimateur Pb-CH4 • Il existe aussi des accélérateurs portables (Mini-Linatron)

  8. Dispositif expérimental (2): système de détection Isolant Connecteur Lu = 100 cm Anode Lt = 150 cm Compteur 3He Sensibilité constructeur: 150 c/s pour un flux de neutrons thermiques unitaire (1 n/cm2.s) 7 blocs de détection (2 compteurs/bloc)

  9. Dispositif expérimental (3): système d’acquisition • Paramètres d’acquisition • Longueur d’impulsion (2.5 à 4.5 µs) • Fréquence (25, 50, 100 Hz) • Temps d’acquisition • Temps total d’irradiation

  10. Étude de faisabilité 4 types de coques

  11. Efficacité de détection • Source de neutron (Am-Be): 8.13 106 n/s dans 4p • Comparaison avec les simulations et recalage des paramètres (ex: humidité du béton)

  12. Sensibilité de la méthode Signal net (c.s-1) Masse d’ 235U (g) • S Brut : comptage sur les blocs détecteurs • B Actif : bruit provenant des réactions (g,n) • B Passif : bruit provenant des fissions spontanées (sans faisceau) Conteneur #1 – altitude moyenne – canal décentré

  13. Limite de détection • t0: temps de comptage • tA: temps de comptage du bruit de fond actif • tP: temps de comptage du bruit de fond passif • Le bruit, passif et actif, est très stable dans le temps • cas le plus favorable LD=10g of UO2 (excentré) • cas le moins favorable  LD=250 g of UO2

  14. Simulation de mesures sur des colis vitrifiés Contraintes expérimentales • Débit de dose g : 390 Gy/h à 27 cm (d.d.d. max. pour les compteurs 3He  0.01 Gy/h) • Bruit de fond passif: 3.89 108 n/s (provenant à 99.6% du 244Cm)

  15. Simulations • Collimateur Pb/CH2 • 7 3He tubes par blocs • Géométrie de matrice simple  Cylindre (=43cm, h=100cm) • Difficulté principale: composition de la matrice

  16. Effet de l’écran de plomb D.D.D. max. acceptable par les compteurs 3He

  17. Tomographie: principe 3 2 1 4 Détermination de la masse et de la position des actinides contenus dans un colis • g = H.a + e • g: vecteur des projections • a:vecteur à reconstruire • H : matrice des projections  déterminée par simulation (transport des photons et des neutrons, réactions, hétérogénéité) • e: vecteur bruit  importance du bruit de fond actif détecteurs collimateur accélérateur positions d’irradiation cible (W) colis voxels

  18. Tomographie: résultats expérimentaux 1 0.1 0.01 0 Activité de référence: 2x242 g d’238U dans des voxels centrés et décentrés Activité reconstruite: 526,1 g Erreur totale: 8.7%

  19. Étude des gammas retardés IPA détermination du montant global d’actinides MAIS aucune information sur l’isotopie spectrométrie g impossible de détecter les noyaux non émetteurs  g de basse énergie (masqués par le blindage) L’IPA peut donner lieu à une émission de g retardés de haute énergie Or, la distribution de masse des éléments légers dépend de l’élément fissile Variations de spectre g Différentiation des actinides

  20. Tests préliminaires Deux échantillons de UZr : • 1.91 g enrichi à 93% en 235U • 6.91 g enrichi à 26% en 235U Différences dans les rapport de production Possibilité de différentier les deux échantillons

  21. Perspectives • Tomographie: • Simulation du bruit de fond actif • Comparaison calcul/expérience pour des matrices bien connues • Comprendre l’influence des différents composants • Tomographie sur un colis de déchets réel à SAPHIR • Gammas retardés: • Manque de données expérimentales • Augmenter le nombre de pics utiles dans le spectre • 2003: les mesures sur des colis réels ont donné des résultats encourageants • Collaboration avec le SPhN

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