Production de neutrons par ractions photonuclaires et autres applications

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Production de neutrons par réactions
photonucléaires et autres applications

• GIACRI-MAUBORGNE Marie-Laure
• CEA Saclay DSM/DANIA/SPhN
• giacri_at_cea.fr

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Plan

• La physique des réactions photonucléaires
• La production de neutrons
• Transmutation des déchets radioactifs
• Détection dactinides

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La physique
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Les neutrons produits
On a un maximum de neutrons si on envoie des
photons de 15 MeV.
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Le problème du Bremsstrahlung
Le Bremsstrahlung produit des photons avec une
énergie allant de 0 à lénergie des électrons
primaires. Pas de flux monoénergétique Les
réactions photonucléaires sont des réactions à
seuil (6 MeV)
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Production de neutrons

• Il nexiste pas de source primaire intense de
  neutrons, on utilise soit des neutrons provenant
  de réacteur ou des neutrons de spallation (issus
  de la fission induite par protons de haute
  énergie).
• Les réactions photonucléaires peuvent être une
  alternative.

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Un coût réduit
Les flux de neutrons sont moins intenses que les
flux produits par spallation mais le coût est
divisé par 3.
H. Safa et al.
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Les déchets nucléaires

• Les déchets nucléaires sont classés en trois
  catégories en fonction de leur activité et de
  leur durée de vie.
• TFA (très faible activité)
• FA et MA (faible et moyenne activité)
• HA (haute activité et vie longue) stockage
  profond ou transmutation

Stockage de surface
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La transmutation

• La transmutation consiste à irradier des
  matériaux pour réduire leur activité et/ou leur
  durée de vie. Par exemple
• 93Zr ? ? n 92Zr (stable)
• 93Zr ? ? 2n 91Zr (stable)
• 93Zr n ? 94Zr (stable)
• 90Sr ? ? n 89Sr ? ?- 89Y (stable)
• 90Sr ? ? 2n 88Sr (stable)
• 90Sr n ? 91Sr ? ?- 91Y ? ?- 91Zr (stable)

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La transmutation des déchets 137Cs
1 an dirradiation dans un flux de 1017
?.cm-2.s-1 7 ans de décroissance
A 1018 ?.cm-2.s-1 lactivité totale est divisée
par 16
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La transmutation des déchets 90Sr
1 an dirradiation dans un flux de 1017
?.cm-2.s-1 7 ans de décroissance
Décroissance
A 1018 ?.cm-2.s-1 lactivité est divisée par 20.
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La transmutation des déchets 93Zr
1 an dirradiation dans un flux de 1017
?.cm-2.s-1 7 ans de décroissance
A plus haut flux lactivité augmente. Mais elle
est due à des radioéléments à vie plus courte
85Kr (T1/211 ans) et 55Fe (T1/2lt3ans)
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Production de neutrons retardés par photofission

• Lors dune fission le noyau se sépare en deux
  noyaux plus des neutrons.
• Certains de ces noyaux sont radioactifs et
  peuvent décroître en émettant un neutron. Ces
  neutrons qui sont produits plusieurs secondes
  après la fission sont appelés neutrons retardés.

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Analyse non destructive de colis de déchet
Neutrons prompts de fission
Cible-convertisseur
Photons
Electrons
Neutrons retardés
Si après larrêt du faisceau on détecte encore
des neutrons cela indique quà lintérieur du
colis des actinides (uranium, plutonium) ont
fissionné.
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Autres applications

• Production de faisceaux dions radioactifs
• Dopage de semi-conducteurs
• Analyse de matériaux par fluorescence
• Pour plus détails lire larticle
  "applications of photonuclear reactions" de
  D.J.S. Findlay publié dans NIM B50, p314 (1990)

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Conclusion

• Les réactions photonucléaires ont de nombreuses
  applications.
• Leur mise en place ne demande pas dinstallations
  très lourdes.
• La transmutation des déchets par neutron et par
  réactions photonucléaires sont deux voies
  complémentaires quil faut étudier de manière
  plus approfondie.