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Séminaire présenté par Antoine Bacquias, Stéphane Hilaire et Marc Dupuis

Dernière mise à jour

Etude des réactions inélastiques induites par neutrons : de la mesure à la description théorique

Par : Antoine Bacquias (IPHC), Stéphane Hilaire (CEA/DAM-DIF), Marc Dupuis (CEA/DAM-DIF)
Date : mardi 26 mars 2013 à 14h
Lieu : IPHC, Salle de Réunion 2e étage du Bâtiment 27

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résumé

Résumé :

1ère Partie : Mesure précise de sections efficaces (n,xn gamma) - groupe GRACE, IPHC Strasbourg

On aurait tort de croire qu’avec plus de 70 ans d’étude des diffusions non-élastiques de neutrons sur les noyaux atomiques, notre compréhension de ces réactions est complète. L’incertitude sur la section efficace de réaction 238U(n,n’) est à l’heure actuelle de 20%. Or, les études de sensibilité aux données nucléaires pour les réacteurs du futur conduisent à l’exigence d’incertitudes de l’ordre de 5%. Ceci illustre les progrès qui doivent encore être réalisés, tant dans la précision des données expérimentales que dans la description théorique de ces processus.

Parmi les différentes techniques d’étude des réactions (n,xn), le groupe GRACE (IPHC Strasbourg) a choisi la spectroscopie des gammas prompts, permettant la mesure précise des réactions (n,xn gamma). Nous avons mis au point un dispositif composé de quatre détecteurs plans en germanium de haute pureté (HPGe) et une chambre à fission auprès de GELINA (Geel, Belgique), qui fournit un faisceau "blanc" de neutrons, aux énergies comprises entre quelques eV et plus de 20 MeV. Plusieurs campagnes de mesure ont été menées sur des échantillons de 232Th, de 235U, de 238U et d’isotopes naturels du tungstène. Après avoir détaillé les techniques de mesure et d’analyse, je montrerai nos résultats récemment publiés concernant 235U ainsi que les points saillants de l’analyse en cours sur 238U.

Une des limites de cette méthode expérimentale est la dépendance avec les modèles théoriques pour déduire la section efficace totale (n,xn) à partir des sections différentielles (n,xn gamma) mesurées. Les premières comparaisons ont souligné les difficultés des codes à reproduire ces sections efficaces différentielles. C’est pourquoi nous avons mis en place une collaboration avec les théoriciens de Bruyères-le-Châtel développant le code TALYS.

2ème Partie : description théorique avec le code TALYS (CEA/DAM-DIF)

Depuis sa création en 2004, le code TALYS n’a cessé d’évoluer pour se moderniser et améliorer son potentiel. Il a été développé dans un objectif de stabilité et permet de prédire l’issue d’une réaction nucléaire entre un projectile léger et une cible en spécifiant uniquement les caractéristiques de base d’une réaction et cela grâce à tout un ensemble de choix par défaut à la fois pour les modèles que pour leur paramètres. Il est bien sûr possible de modifier ces choix pour optimiser la description des données expérimentales. Lorsqu’il s’agit de décrire des sections efficaces « globales » - réactions (n,xn) par exemple - les calculs se comparent en général plutôt bien aux données. Pour des voies de réaction partielles - (n,xn gamma) par exemple - le code TALYS révèle ses limites.

Pour mieux décrire de telles réactions, il semble nécessaire d’aller au-delà des modèles actuellement implémentés dans TALYS, en particulier le modèle semi-classique de pré-équilibre dit « modèle des excitons ». Un modèle microscopique pour calculer l’émission directe de pré-équilibre a donc été développé et appliqué récemment à la diffusion de neutrons sur des actinides tels que le Thorium 232 ou l’Uranium 238. Il s’appuie sur les propriétés spectroscopiques des excitations de la cible prédites par la méthode de structure de la « Quasi-Particule Ramdom Phase Approximation », bien adaptée à la description des excitations collectives, qui contribuent majoritairement à l’émission (n,n’) directe.

Ce modèle permet d’expliquer l’émission à haute énergie observée dans les sections efficaces expérimentales pour l’Uranium 238. D’autre part, il prédit des distributions en spin du noyau résiduel assez différentes de celles du modèle des excitons habituellement utilisé dans TALYS. Les sections efficaces de type (n,xn gamma) étant très sensible à ces distributions, ce nouveau modèle microscopique nous semble prometteur pour améliorer la description de ces voies de réaction.

Personne à contacter : Kamila SIEJA

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