-Session 4B-

AMANDEAMANDENouvelle installation dNouvelle installation d’’irradiation neutronique de rirradiation neutronique de rééfféérence rence

au Laboratoireau Laboratoire dd’’EtudesEtudes et de Recherche en Dosimet de Recherche en Dosiméétrie Externe de ltrie Externe de l’’IPSNIPSN

T. Bolognese-Milstajn,V. Gressier, G. Pelcot, J.L. Pochat, L. Van-Ryckeghem

Champs de neutrons de référence : à quoi ça sert ?Champs de neutrons de

référence : à quoi ça sert ?

Pour tout type de détecteurs neutronsRéponse aux neutrons : soit inconnue, soit à vérifier

Pour toute installation produisant des neutrons

Flux et énergie : soit inconnus, soit à vérifier

Qualification, étalonnage, homologation, R&D,transfert de référence … pour tout type de détecteurs- du LRDE- des laboratoires français ou étrangers- des entreprises

Points de mesure

Caissonarrière

Caissonavant O (24)

J + L GI (25)K

N

M+H

utilisés pour l’expertise et la dosimétrie auprès

d’installations nucléaires ou de poste de travail

Deux types de détecteurs

SpectromètresdΦ/dE (E) (n.Mev-1.cm-2)

Rem-mètres et la plupart des dosimètres individuels

Φ (n.cm-2)

SIGMA

Sources d’étalonnageSources d’étalonnageChamps neutroniques produits par sources radioactives parfaitement connues

Fluence / équivalent de dose de référence Indication de l’appareil

Coefficient k d’étalonnage

Les sources

Détecteur

Irradiateur Van Gogh(CEZANE)

Les champs neutroniques

Emoyφ = 2,1 MeV

Emoyφ = 4,16 MeV

Etalonnage rigoureusement valable uniquement sur spectre identique

Etalonner les détecteurs sur un champ neutronique dit « réaliste »

Déterminer la fonction de réponse du détecteur selon l’énergie des neutrons

faisceaux monocinétiques ou simulation

Spectres «réalistes»Spectres «réalistes»

But : reproduire en laboratoire la distribution en énergie des champs neutroniques mesurés aux postes de travailMéthode : deux petits accélérateurs (J25 - 150 kV et T400 - 400 kV) + dispositif CANELNeutrons créés dans cible [(d,T) ou (d,D)] puis dans Uranium-238 (n,f) puis modérés.

écran d’eau coquille en 238Upolyéthylènecoquille de fer

deutons

Détecteur

cible

T400J25

CANEL (Canon à NEutrons Lents)

CEZANE

14,3 à 14,9 MeV 2,6 à 3,4 MeV

Fonction de réponse en énergie des détecteurs

Fonction de réponse en énergie des détecteurs

Réponse d’un détecteur = valeur mesurée / valeur vraie (de référence)

Fonction de réponse en énergie = variation de la réponse selon l’énergie des neutrons

Déterminée ou qualifiée avec faisceaux monoénergétiques

1

Rép

onse

Energie (MeV)0

Réponse mesurée à plusieurs énergies précises de neutrons et/ou simulation

Faisceaux monoénergétiquesFaisceaux monoénergétiques

Particules incidentes(protons, deutons, alpha)

Cible mince Sc, Li, TiD, TiT, Be

BackingAl, Ag, Cu

NeutronsDétecteur

Energies des faisceaux de neutrons mono-énergétiques recommandées par la norme ISO : 2, 24, 144, 250 et 565 keV, 1.2, 1.5, 1.8, 2.5, 14.8 et 19 MeV

p,Sc

p,Li

p,T

d,D

α,Be

d,T

1 10 100 1000 10000

Energie (keV)

24 144 250 565 1200 2500 5000 148002

angle = 0°

angle ≠ 0°non mono-énergétique

Fluence en neutrons à 50 cm d’une cible de LiF

AMANDE

Source d’ionsnégatifs

Enceinte pressurisée

Ions négatifs

Tubed’accélération Cible

CourroieTerminal Haute Tension +V

Ions positifsElectrodes

Canal d’épluchage

Circulation du gaz éplucheur

neutrons

E = q-V E = q+V

AMANDE

Performances requises basées sur les normes ISO 8529, CEI 61005 et 1323

Courant (> 10 µA) : domaine de DED : 1 µSv.h-1 à 100 mSv.h-1

Stabilité courant (< qqs %) : précision sur la valeur du DED < 10 %

Stabilité / dispersion / répétabilité en énergie : < qq keV

Faisceau gamma de 7 MeVFaisceau gamma de 7 MeV

Réaction (p,F) :=> rayonnements gamma de référence autour de 7 MeV jusqu’à plus de 1 mGy/h (pas d’installation fournissant cette référence en France, or composante non négligeable des rayonnements gamma en centrale nucléaire)

Complètera les moyens d’étalonnage photon du LRDE:

Générateurs X 7.5 - 300 keV

Sources 137Cs et 60Co662 keV - 1.17 /1.33 MeV

Bâtiment abritant l’accélérateur

D’après les normes ISO et CEI, la contribution du diffusé à la mesure doit être inférieure à 20 %

Objectif à terme : installation ayant le statut de référence neutronique pendant plusieurs dizaines d’années

Simulations neutroniques réalisées en collaboration avec la société MILLENNIUM :- détermination de la géométrie optimale du bâtiment - optimisation des matériaux constituant ce bâtiment

Principales conclusions :• contribution majeure des neutrons diffusés = Murs en béton + sol• remplacement de 3 murs + plafond par panneaux métalliques => diminution

du bruit de fond respectivement d’un facteur 2 et 3 à 1 et 4 m de la cible

Qualité de l’installation dépend :- de l’accélérateur- de son environnement (bâtiment, aire expérimentale, …)

Limitation importante = neutrons diffusés (source de bruit de fond)

Implantation de l’installation AMANDEImplantation de l’installation AMANDE

AMANDE

5

6

7Nord

CEZANE

SIGMA

Zone d’exclusion IPSN au CEA/Cadarache

Bâtiment d’AMANDE

Nouveau dessin en attente

Bâtiment d’AMANDE

6 m

Mur en béton de 40 cmPanneau métallique + isolant

Ligne de faisceauCaillebotis

8 m

20 m

Détecteur et bras mobile

Accélérateur 1.5 m

6 m

Mur en béton de 20 cm

20 m

Rapport bruit/signal Avec l’énergie des neutrons

0° et 1 m : B/S = 2.2 %0° et 2 m : B/S = 5 %0° et 4 m : B/S = 10 %0° et 6 m : B/S = 20 %45° et 1 m : B/S = 3 %

Avec correction d’anisotropie (angulaire

et énergétique)

Neutrons diffusés uniquement par le bâtiment

Variation de la distance et de l’angle pour 565 keV

Détecteur à 1 m de la cibleNorme : contribution du diffusé à la mesure < 20 %

Réaction fortement anisotropique vers l’avant

fluence des neutrons diffusés par le bâtiment

565 keV (fluence de 46000 n.cm-2.s-1 au niveau de la cible) Distance entre la cible et le mur en béton : 8 m - distance variable entre la cible et le sol

Pour En < 100 keV et h > 7,5 m : - 1 m sur h ⇒ + 30 % du bruit de fond