Production de neutrons par réactions photonucléaires

1. Production de neutrons par réactions photonucléaires GIACRI-MAUBORGNE Marie-Laure CEA Saclay DSM/DAPNIA/SPhN giacri@cea.fr

2. Plan • La physique des réactions photonucléaires • La production de neutrons • Détection d’actinides • Transmutation des déchets radioactifs Journées jeunes chercheurs 2003

3.  U Noyau excité Emission de neutrons Bremsstrahlung + e- U* Fission n FP Cible FP La physique Journées jeunes chercheurs 2003

4. Les neutrons produits On a un maximum de neutrons si on envoie des photons de 15 MeV. Journées jeunes chercheurs 2003

5. Les neutrons produits (2) Les neutrons issus de fission ont une énergie plus grande que les autres. Journées jeunes chercheurs 2003

6. Le “problème” du Bremsstrahlung Le Bremsstrahlung produit des photons avec une énergie allant de 0 à l’énergie des électrons primaires. Pas de flux monoénergétique Les réactions photonucléaires sont des réactions à seuil (6 MeV) Journées jeunes chercheurs 2003

7. Production de neutrons Il n’existe 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. Journées jeunes chercheurs 2003

8. 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. Journées jeunes chercheurs 2003

9. 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) Journées jeunes chercheurs 2003

10. Décroissance Irradiation La transmutation des déchets : 137Cs 1 an d’irradiation dans un flux de 1017 .cm-2.s-1 7 ans de décroissance A 1018.cm-2.s-1l’activité totale est divisée par 16 Journées jeunes chercheurs 2003

11. Décroissance Irradiation La transmutation des déchets :93Zr 1 an d’irradiation dans un flux de 1017 .cm-2.s-1 7 ans de décroissance A plus haut flux l’activité augmente. Mais elle est due à des radioéléments à vie plus courte : 85Kr (T1/2=11 ans) et 55Fe (T1/2<3ans) Journées jeunes chercheurs 2003

12. Les neutrons retardés témoins de la fission Lors d’une 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. Journées jeunes chercheurs 2003

13. Analyse non destructive Neutrons prompts de fission Cible-convertisseur Photons Electrons Neutrons retardés Si après l’arrêt du faisceau on détecte encore des neutrons cela indique qu’à l’intérieur du colis des actinides (uranium, plutonium) ont fissionné. Journées jeunes chercheurs 2003

14. Autres applications • Production de faisceaux d’ions radioactifs • Dopage de semi-conducteurs • Dosimétrie par photo-excitation • Analyse de matériaux par fluorescence Pour plus détails lire l’article "applications of photonuclear reactions" de D.J.S. Findlay publié dans NIM B50, p314 (1990) Journées jeunes chercheurs 2003

15. Conclusion • Les réactions photonucléaires ont de nombreuses applications. • Leur mise en place ne demande pas d’installations très lourdes. • La transmutation des déchets par neutron et par réactions photonucléaires sont deux voies complémentaires qu’il faut étudier de manière plus approfondie. Journées jeunes chercheurs 2003