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Données nucléaires

MEGAPIE. Cibles radioactives. Données nucléaires. Transmutation Déchets Energie Nucléaire. GENEPI GUINEVERE. Direction: ZAETTA Alain (CEA/DEN, Cadarache, France) HAAS Bernard (CNRS/CENBG, Bordeaux-Gradignan, France)

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Presentation Transcript

  1. MEGAPIE Cibles radioactives Données nucléaires Transmutation Déchets Energie Nucléaire GENEPI GUINEVERE

  2. Direction:ZAETTA Alain (CEA/DEN, Cadarache, France) HAAS Bernard (CNRS/CENBG, Bordeaux-Gradignan, France) Secrétariat : LE FUR Brigitte (CEA/DEN/DIR, Cadarache, France) GEDEPEON GROUPEMENT DE RECHERCHE CEA - CNRS –EDF – AREVA-NP GEstion des DEchets et Production d'Energie par des Options Nouvelles http://www.gedeon.prd.fr GEDEPEON

  3. GEDEPEON 2007 Conception des réacteurs à neutrons rapides de 4ième génération et ADS, 28-29 mai Aix en Provence Données Nucléaires, 28-29 juin Bordeaux Journée Scénario, 28 septembre Cadarache Atelier ‘Matériaux’ avec GdR MATINEX, 16-17 octobreTours Atelier Bilan 5-6 décembre Paris Conseil Scientifique 7 décembre Paris

  4. Projet Intégré EUROTRANS (6ème PCRD EURATOM) 2005-2009 DM1 DESIGN DM2 ECATS DM3 AFTRA DM4 DEMETRA DM5 NUDATRA Design ETD/XT-ADS ETD/EFIT Matériaux Combustibles Données Nucléaires Expériences de couplage accélérateur + cible + réacteur

  5. A network of experimental facilities in Europe. (Integrated Infrastructure Initiative FP6/EURATOM) For the best use of : European experimental facilities Equipment and personnel capabilities and expertise In support to nuclear data measurement activities Waste transmutation (NUDATRA) Waste minimization ( GEN IV ) Coordinateur du projet: G. Barreau (CENBG)

  6. 10 participants The EFNUDAT Consortium (European Facilities for Nuclear Data)

  7. Cycle Uranium

  8. Cycles Thorium et Uranium

  9. Données nucléaires • Grandeurs d’intérêt: taux de transmutation taux d’incinération taux de régénération potentiel radiotoxique activité α • Mettre en évidence les paramètres (données nucléaires) ayant le plus d’impact sur les grandeurs d’intérêt • σfission(n,f), σcapture(n,γ)), σ (n,xn) avec x=1,2,… • Calculs de sensibilité et d’incertitudes

  10. Grandeurs d’intérêt et sections efficaces • Taux de régénération cycle 232Th-233U • Taux d’incinération d’actinides • Sect. eff. différentielles : σ (En) avec faisceaux n • Sect. eff. intégrales : σ ( ∫ Ω,t En dEn) en réacteur • Sect. eff. semi-intégrales: réacteurs domainethermique (ex:ILL expérience MINI-INCA)

  11. b- b- b- b- 239U 233Th 233Pa 239Np 23min 2d 27d 22min Cycle Th-U 233U 232Th +n Fissile Fertile Cycle U-Pu 239Pu 238U +n

  12. 233Pa + n  234Pa*  fission

  13. Mesures de sections efficaces pour des réactions induites par neutrons sur des cibles non disponibles ou interdites d’utilisation 50 keV < En < 10 MeV CENBG

  14. - Réactions induites par neutrons fission gamma xn (x = 1,2) A+n  (A+1)* Noyau Composé mesurée Nécessité que (A+1)* soit préparé dans le même état que dans la réaction induite par neutrons Même E*, mêmes nombres quantiques - Si A n’est pas disponible B+X  (A+1)* + Y mesurée calculée fission (En) = NC * Pfission(En) fission (En) = NC * Pfission(En)

  15. 109 Bq/mg fission fission 231Pa 33000 y + n 232Pa 1.3 d 233Pa 27 d + n 234Pa 6.7 h 3He,d 3He,p 3He,t 232Th + 3He  p + 234Pa* fission 232Th 1.4 1010 y 230Th 74000 y + n 231Th 25 h 3He,a fission

  16. Dispositif expérimental Fission θf 3He IPN ORSAY ΔE Particules chargées (p,d,t,) E E Cible(A,Z) (A+2,Z+1)pémis Résidus(A+1,Z+1) d émis (A ,Z+1)témis (A-1,Z)émis Energie d’excitationE*des résidus à partir de la cinématique

  17. M. Petit (CENB) même méthode 233Pa(n,γ) S. Boyer (CENBG)

  18. 238U (n,n’) 238U(n,n’) (n,f) (n,2n) (n,g) Les réactions (n,xn) à Geel Réactions (n,n’ g) ; (n,2n g) ; (n,3n g) ; … sections efficaces exclusives très contraignantes pour les modèles IPHC Effet des réactions (n,xn) dans un réacteur? • multiplication des neutrons • production d’isotopes radioactifs (ex: 233U(n,2n)232U) Sections efficaces non négligeables Réactions mal connues car peu mesurées

  19. 200.97 neutrons 497.04 8+ s(n,2ng4) 152.72 296.071 6+ Chambre à fission s(n,2ng3) 99.853 143.351 4+ HPGe HPGe 43.498 s(n,2ng2) 43.498 2+ ~~~> ~~~> Echantillon 235U ~~~> 0 0+ ~~~> ~~~> ~~~> ~~~> g 234U 235U(n,2n) Scintillateur plastique Spectroscopie gamma en ligne Méthode: Détection des g provenant de la désexcitation du noyau formé par la réaction (n,xn) par exemple 235U(n,2n)234U Mesures déjà réalisées : 206,207,208Pb(n,xn g) x =1,2,3 à 200m ° Données transmises à A.J.Koning pour évaluation

  20. 235U(n,2n) Mesure 235U(n,xnγ) Le but ultime : 233U(n,2n)232U T1/2 =1.6 105 y… photons 2.6MeV • Cible 235U disponible, T1/2 = 7 108 y • utiliser des conditions moins difficiles pour mettre au point la méthode à 30 m • possibilité de comparer les mesures à celles déjà existantes (valider la méthode) 233U(n,2n)

  21. Incinération des actinides mineurs

  22. Réactions de transfert sur Actinides Mineurs 3 106 Bq/mg fission fission 242Cm 162.9 d + n 243Cm 29.1 y 244Cm 18.1 y 245Cm 8500 y + n 3He,d 3He,p 3He,t 3He,a 243Am 7370 y 241Am 432 y + n 242Am 16 h Argonne ANL 141 y 8 103 Bq/mg fission

  23. Fission via « surrogate method » 243Am(3He,t)243Cm • Grande gamme d’énergie • Incertitudes ~ 10% 243Am(3He,)242Am 243Am(3He,d)244Cm

  24. « Méthode Surrogate  » • Méthode très riche ! • Ne nécessite que 30-100 µg de matière • Beaucoup de combinaisons possibles... ... à condition de disposer de cibles ! Projet CACAO« Chimie des Actinides et Cibles radioActives à Orsay »

  25. 108 Bq/mg fission fission 240Cm 27 d + n 241Cm 32.8d 242Cm 162.8 d + n 243Cm 28.5 y 3He,d 3He,p 3He,t 241Am 432 y 239Am 11.9h + n 240Am 50.8 h 3He,a fission A venir: réactions de transfert sur 241Am, 237Np, 242Pu

  26. AIFIRA: faisceaux neutrons monoénertétiques En ~ 0.1 - 0.5 MeV En ~ 0.5 - 2.0 MeV En ~ 2.0 - 6.5 MeV p + 7Li p + t d + d CENBG Fission fragments Target Sample Neutrons p ou d Photons Φ ~105-106 n/s.cm2

  27. Section efficace de fission: 243Am+n G. Kessedjian (CENBG)

  28. FIRSTau GANIL (Fission Induite par RéactionS de Transfert) GANIL,CENBG,IPNO,LPSC CEA/DSM/DAPNIA,DIFUSC, GSI Porte parole: F. Rejmund (GANIL)

  29. Fission Induite par Réactions de Transfert Produire des actinides riches en neutrons : faisceau U(6.5 MeV/A) , cible C Gamme en énergie d’excitation de 0 à 40 MeV • Cinématique inverse : identification isotopique des fragments de fission (spectromètre)

  30. Fission induite par transfert multi-nucleon en cinématique inverse - Identification du noyau fissionant (détection de particule) - Bonne résolution en Z (cinématique inverse) - Identification isotopique (spectromètre) - Probabilité de fission VAMOS HARPEE E,E FF2 238U 12C MCP,SED ToF, x,y,, FF1 Transfer partner E,E

  31. Résultats recherchés • Distribution isotopique complète des PF (légers et lourds) en fonction de l‘énergie d’excitation • Pour une dizaine d’actinides • Probabilité de fission sur une gamme de 0 à 25-30 MeV avec une résolution de l’ordre du MeV • Applications • Chaleur dissipée dans le réacteur et dans le combustible usé • Production d’isotopes neutrophages • Production de neutrons retardés • Amélioration des incertitudes Expérience mars 2008

  32. Fission@ ELISE(Electron-Ion Scattering) CEA DAM – GSI Darmstadt – CEA DEN IPNL – IPNO – CENBG – Univ. Santiago de Compostela Porteur du projet. J. Taieb CEA/DAM

  33. Pourquoi Mettre en place un outil experimental apte à réaliser un pas important dans la connaissance de la fission nucléaire Taux de production des fragments de fission (Z1, A1, Z2, A2) avant toute décroissance radioactive Production de neutrons (n, En) Taux de branchement (Γf/Γtot) Pour les noyaux lourds, même à courte durée de vie (min) En fonction de l’énergie d’excitation Dans le domaine d’énergie des réacteurs ( 5 < E* < 20 MeV )

  34. Comment A GSI, dans FAIR (2012 ?), sur l’installation ELISE Sortie du synchrotron SIS100/300: 238U 1 GeV/nucléon Interaction avec une cible à l’entrée du super FRS: fragmentation

  35. Fragmentation de l’238U: rôle du SuperFRS Sélectionner un noyau unique Neptunium (Z=93) 232 à 238 Uranium (Z=92) 230 à 238 Protactinium (Z=91) 228 à 237 Thorium (Z=90) 225 à 235 Actinium (Z=89) 223 à 230 … Durée de la séparation : 400ns En sortie : faisceau secondaire pur (107)

  36. Fonction d’excitation Energie d’excitation “faible” Domaine d’excitation des réacteurs 236U E*=10 MeV  n+235U avec En = 3,5 MeV Même taux de production car même noyau composé 10 15 20 25 30 5 E* (MeV)

  37. Le projetFission@ELISE Permettra d’accéder à un immense volume de données inaccessible jusqu’alors Taux de production isotopiques des FF Multiplicités et spectre neutroniques Intérêt pour la simulation de coeur Puissance résiduelle Simulation de situations accidentelles Prévisions de production de déchets Physique fondamentale : Effets de couches protons et neutrons • Second temps : remplacement de 238U par 242Pu ou 244Pu • Possibilité d’explorer tous les Pu et les Am

  38. Porte parole: X. Ledoux (CEA/DAM) SPIRAL2-NFS (Neutron For Science)

  39. Spiral 2 : accélération de faisceaux radioactifs

  40. Neutron For Science @ SPIRAL2 graphite 1014 Fission/s UCx neutrons deuterons 40MeV; 5mA ~1015 n/s

  41. NFS : spectre neutrons LINAG: I = 5mA E= 40 MeV F= 88 MHz T= 11ns Largeur=200ps

  42. Installation NFS Hacheur regroupeur Convertisseur Aimant déviant Salle d’expériences De 5 à 30m pour ToF Collimateur 5m

  43. Collaboration NFS 35 physiciens CEA/DIF CNRS/IN2P3 /CENBG, IPHC, LPC, GANIL, Subatech CEA/DSM/DAPNIA NPI, République Tchèque DNR, Uppsala, Suède IRS, Karlsruhe, Allemagne NIPNE, Roumanie IRMM, Belgique PNPI, Russie …. Fort soutien du SAC (Scientific Advisory Committee) de SPIRAL2 avec comme recommandation d’élargir la collaboration Contact : xavier.ledoux@cea.fr

  44. CENBG 2 MC 1 CR 2 DR GANIL 1 CR IPHC 3 CR 1 DR IPNO 1 MC 0.5 CR 1 DR LPSC 1 CR 0.5 DR Total 3 MC 6.5 CR 4.5 DR Effectifs 2007 « Données nucléaires » Attention départs retraite CENBG (2 DR) et IPHC (1 CR et 1DR)

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