De la fission aux nouvelles filiÃ¨res - Cenbg - IN2P3

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incinération. C’est le cas pour les noyaux 240 Am et 242 Am dont les données évaluées proviennent de calculs sans validation expérimentale. L’ 240 Am est produit par la réaction 241 Am(n,2n). Il se désintègre (par capture électronique) vers le 240 Pu. L’ 242 Am est formé par capture de neutron sur l’ 241 Am dans son état fondamental (T 1/2 =16 heures) ou dans un état isomérique dont la durée de vie est plus longue (T 1/2 =141 ans) que l’état fondamental. La désintégration (β - ) de l’état fondamental conduit à la formation du noyau 242 Cm. Ces deux noyaux, d’accès difficile par capture de neutron le sont plus facilement par réaction de transfert. Pour accéder à la section efficace 240 Am(n,f) nous allons utiliser la cible d’ 243 Am et un faisceau de protons, à partir du transfert de deux neutrons de la cible au projectile nous formons l’ 241 Am (réaction 243 Am(p,t) 241 Am). L’utilisation d’une cible de 242 Pu devrait nous permettre d’obtenir les sections efficaces (n,f) des noyaux 241- 243 Am et 240 Pu. Le noyau 241 Am est commun à cette mesure et à celle que nous avons réalisée précédemment avec la cible d’ 243 Am. Ce recouvrement est un élément essentiel de validation de la méthode. L’ensemble des noyaux que nous envisageons d’étudier est représenté dans la carte de noyaux de la figure 9. Z 241 Cm 241 Cm 241 Cm 243 Bk 244 Bk 245 Bk 242 Cm 243 Cm 244 Cm 245 Cm Cible 243 Am 238 Am 236 Pu 237 Pu 239 Am 238 Pu 240 Am 241 Am 242 Am 243 Am 239 Pu 240 Pu 241 Pu 242 Pu 244 Am 243 Pu Cible 242 Pu Cibles 243 Am, 242 Pu Cible 237 Np 235 Np 236 Np 237 Np 238 Np 239 Np 240 Np 241 Np Mesuré N Figure 9 : Extrait du tableau des nuclides où nous avons marqué les noyaux auxquels nous aurons accès à partir d’expériences utilisant les réactions de transfert avec différents cibles ainsi que les noyaux déjà mesurés. Comme nous l’avons expliqué plus haut, jusqu'à présent la méthode surrogate appliquée à la capture radiative n’a pas pu être validée. Une telle validation est particulièrement importante, car les mesures de capture se font à plus basse énergie que la fission et les effets de structure, c’est à dire, les différences de distributions de moment angulaire peuplés par l’absorption d’un neutron et par la réaction de transfert, peuvent se manifester de façon plus dramatique que dans la fission. Il est donc nécessaire de trouver des noyaux auxquels on peut accéder par des réactions de transfert comme celles que nous avons utilisées et pour lesquels les sections efficaces de capture radiative sont bien connues. Puisque l’applicabilité de la méthode dépend de la structure nucléaire du noyau composé formé, chaque cas est en principe unique. Par conséquent, pour que la validation soit la plus complète possible, il faudrait considérer différentes réactions de transfert et différents types de noyaux cibles pour former des noyaux composés pair-pair, pairimpair, impair-impair dans différentes régions de masse et avec des distributions de spin/parité différentes. Ceci est un travail très complexe auquel nous voudrions contribuer dans le futur. 180
Une version plus sophistiquée de notre dispositif va être mise au point au GANIL [13]. C’est un projet dans lequel nous voudrions nous impliquer de façon importante et dont l'objectif est de mesurer pour la première fois les distributions isotopiques complètes des fragments de fission d'un nombre important d'actinides allant de l’ 237 U jusqu'au 247 Cm à des énergies d'excitation allant de 0 à 40 MeV. Les distributions isotopiques des produits de fission jouent un rôle très important dans l’incinération des actinides mineurs car elles ont un fort impact sur le flux de neutrons dans un réacteur. En effet, la proportion de neutrons retardés, le nombre de noyaux neutrophages dans le cœur, ainsi que la chaleur dégagée sont directement connectés aux distributions isotopiques des produits de fission. Ces distributions deviennent alors essentielles quand il s'agit d'incinérer les actinides mineurs, car des quantités importantes de ces déchets seront introduites dans le cœur des réacteurs incinérateurs. Cependant, pour les actinides mineurs les distributions isotopiques des produits de fission sont mal connues. En général seules les distributions en masse ont été mesurées, et cela seulement à des énergies de neutrons thermiques ainsi qu’à 14 MeV. De même, les distributions en charge ont été déterminées seulement pour une partie des fragments de fission, et uniquement pour une gamme limitée d'actinides. Ces mesures sont également d’un intérêt considérable pour la physique nucléaire fondamentale et en particulier pour l’amélioration de nos connaissances sur le processus de fission. Son intérêt est double: d’un côté, les distributions isotopiques et leur évolution avec l'énergie d'excitation vont permettre de répondre à la question encore ouverte sur les effets de couches dans le processus de fission. D’un autre côté, la variation avec l'énergie d'excitation des effets pair-impair de ces distributions est directement liée à la dépendance de la viscosité du noyau avec l'énergie d'excitation. Du point de vue technique, ces mesures sont très difficiles à faire à partir des mesures neutroniques directes à cause de la haute radioactivité des cibles et de la faible vitesse des fragments de fission lourds. L’idée est donc de produire les actinides d'intérêt à partir de réactions de transfert de plusieurs nucléons entre un faisceau d’ 238 U et une cible de 12 C. Le couplage de la cinématique inverse avec des réactions de transfert nous permettra d'atteindre un nombre important de noyaux fissionnants au delà de 238 U tout en couvrant une grande gamme d'énergie d'excitation. D’ailleurs, les fragments de fission sont émis avec une énergie cinétique suffisante pour rendre possible l'identification isotopique des fragments les plus lourds. Les expériences se dérouleront au GANIL où le spectromètre VAMOS servira à identifier en masse et en charge les fragments de fission. 4. Conclusion Dans ce cours nous nous sommes concentrés sur la méthode « surrogate ». Le principe de la technique ainsi que sa validité ont été discutés. Cette technique permet de déterminer des sections efficaces neutroniques des noyaux de courtes périodes. Elle est très intéressante dans tous les domaines de physique nucléaire confrontés à cette problématique comme la physique de réacteurs ou l’astrophysique nucléaire [14]. Notre groupe a appliqué la technique surrogate pour déterminer des données nucléaires d’intérêt pour le développement de nouvelles filières basées sur le cycle de thorium et pour l’incinération d’actinides mineurs. Les sections efficaces (n,f) du 230 Th, 231,232,233 Pa et la section efficace (n,γ) de 233 Pa ont été mesurées à partir d’une cible de 232 Th. Plus récemment nous avons réalisé deux expériences avec deux cibles différentes d’ 243 Am. Pour l’instant nous avons pu déterminer les sections efficaces (n,f) des noyaux 241 Am et 181
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ECOLE INTERNATIONALE JOLIOT-CURIE D
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Processus et faisabilité de la tra
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PORQUET Marie-Geneviève CSNSM - B
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