Spectromètre à ralentissement dans le plomb
pour la mesure de la section efficace 235mU(n,f)
La mesure de la section efficace de fission induite par neutrons
d'actinides rares et instables fournit une information nouvelle
permettant d'améliorer notre compréhension du
phénomène de fission. Le cas des isomères
nucléaires des actinides majeurs est particulièrement
intéressant. Il est en effet connu que la section efficace
de fission d'actinides majeurs peut présenter de très
grandes différences selon si l'isotope est dans un
état excité ou dans son état fondamental.
Les sections efficaces de fission isomériques ont ainsi
le potentiel d'éclairer d'un jour nouveau le phénomène
de fission nucléaire. Ces données expérimentales
sont en outre nécessaires à la production de
bibliothèques de données évaluées
cohérentes pour le Programme Simulation et les autres
applications de la fission.
Compte tenu des courtes durées de vie mises en
jeu, seules de petites quantités de ces
isotopes rares peuvent être obtenues pour
les expériences. Pour compenser cette limite
sur les taux de comptage, un flux de neutrons
très intense est requis. Dans ce but un
nouveau spectromètre à ralentissement
dans le plomb (LSDS) (cf photo ci-dessous) couplé
à une source de neutrons de spallation
a été mis au point en collaboration
avec Los Alamos. L'objectif premier de l'instrument
est de réaliser la mesure entre 1 eV et
100 keV de la section efficace de fission induite
par neutrons sur l'isomère à 77
eV de l'uranium 235 (235mU) dont la période
est de 26 minutes.
Spectromètre au plomb installé sur la ligne de protons de 800 MeV du LANSCE.
Cet instrument consiste en un assemblage cubique de
plomb pur de 120 cm de côté au centre
duquel le faisceau de protons du LANSCE (800 MeV)
est conduit pour être stoppé dans
une cible épaisse de tungstène (cf
schéma de principe ci-contre). Le faisceau
de proton est émis en mode pulsé
et génère à chaque impulsion
un grand nombre de réactions de spallation
dans la cible. La plupart des neutrons résultant
de ces réactions subissent un ralentissement
progressif, quasi adiabatique, dans le massif
de plomb par diffusions élastiques multiples
jusqu'au domaine thermique, conférant au
système ses propriétés de
spectrométrie et de flux intense. Dans
le domaine 1eV-100 keV, l'énergie des neutrons
peut être déterminée avec
une résolution d'environ 30 % par la mesure
du temps de parcours dans le plomb.
Afin de détecter et compter les fissions, un
détecteur basé sur des cellules
photovoltaïques a été mis au
point. Pour limiter la saturation induite par
le grand nombre de photons gamma de haute énergie
produits par les réactions de spallation,
un système de compensation gamma inspiré
des techniques utilisées pour les chambres
à ionisation a été développé. A
titre de démonstration, des mesures de
test avec des échantillons de 239Pu de
l'ordre de la dizaine de nanogrammes ont été
réalisées. La figure ci-dessous
montre les résultats expérimentaux
obtenus comparés à la base de données
ENDF-VI.
Mesure de la section efficace du 239Pu à partir de nano-échantillons
Spectromètre à ralentissement dans le plomb
pour la mesure de la section efficace 235mU(n,f)
Spectromètre au plomb installé sur la ligne de protons de 800 MeV du LANSCE.
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