Mesure des rendements de fission de lAm242 Charlotte

Mesure des rendements de fission de l’Am-242 Charlotte AMOUROUX CEA Saclay: A. Letourneau, Th. Materna, S. Panebianco CEA Cadarache: O. Serot LPSC: A. Bidaud, N. Capellan, S. Chabod, G. Kessedjian, F. Martin, Ch. Sage ILL : H. Faust, U. Koester

Definitions des actinides « L’Am-242 est un actinide mineur fissile. » Actinides: « éléments plus lourds que l’Uranium » éléments dont le Z est compris entre Z=89 et Z=103 Fissile: fission possible si irradié sous flux thermique Fertile: fission impossible si irradié sous flux thermique Actinide majeur: présent en grande quantité dans les réacteurs, noyaux bien connus Actinide mineur: n’existe pas à l’état naturel, produits en faible quantité dans les réacteurs, considérés comme déchets radioactifs ~25 me. V

Processus de fission

Fission & connaissances actuelles q Etude de la matière nucléaire dans des conditions extrêmes de déformation. q Le processus de fission met en jeu des phénomènes collectifs de déformation nucléaire tout en gardant l’aspect quantique et structuré du noyau. q Observables de la fission: distributions en masse et en charge nucléaire des fragments de fission ainsi que leur énergie cinétique q Deux points de sureté importants § maitrise de la réaction en chaine (criticité, gestion du combustible, sécurité) § maitrise de l'évacuation de la puissance (7% de la puissance après arrêt du réacteur) q Gestion des déchets

Rendements de fission q Rendement de fission indépendant: Probabilité de formation d’un produit de fission directement lors de la fission (après l’émission de neutrons prompts avant les désintégrations beta retardées) q Rendement de fission cumulé : Probabilité de l’accumulation d’un produit de fission directement de la fission et par décroissance de ses précurseurs Pics: fission asymétrique Vallée: fission symétrique 5 Pic Léger ~90 (U-235) ~100 (Am-242) Pic Lourd ~140

Disposif expérimental An, Zn, qn Feuille Nickel nth CIBLE A 1, Z 1, q 1 A 2, Z 2, q 2 q Réacteur Haut Flux de neutrons q Cible q Aimant: Sélection A/q q Condenseur: Sélection: E/q A 3, Z 3, q 3 Presentation ILL Instrument par instrument et séparation qu'il réalise q Détecteur(s): E

Obtenir les rendements Ø Ce que l’on voudrait connaitre: Ø Temps très (trop) long q Distribution en E pour un q donné q Distribution en q pour un E donné N(A, q, E) en fonction de q et E Formule approximative valable que si les distributions en E et q sont indépendantes

Mesure de l'énergie des fragments * Thèse A. Bail E-> E/q->A * Thèse A. Bail

ΔE ΔE La chambre d’ionisation E Taches séparées E E Taches qui se chevauchent E

E-Scan et Q-Scan q Exemple de distribution en E: fit avec une gaussienne impossible 105/21/E q Exemple de distribution en Q : deux cas Absence d’isomère nanoseconde Présence d’isomère nanoseconde

Evolution temporelle q Prise en compte du « burn up » : On mesure la même masse au cours du temps • Nucléaire • « Sputterring » des bouts de la cible tombent q Cas d'un fissile (ex: burn up U-233) * Meeting GEDEPEON Jan 2011 G. Kessedjian (Thèse de F. Martin (en cours))

Ce qui ce passe dans notre cas q Type de burn up que l’on a eu pour notre expérience Resultats Prélimaires Arret du réacteur Temps depuis la mise en cible (jours)

Mesure des rendements de fission de l’ Am-242 q Objectifs: - Mesure des rendements de fission produit lors de la réaction Am-241(2 n, f) - Différencier les rendements de fission produits lors de la réaction Am-242(n, f) et ceux produits lors de la réaction Am-242 m(n, f) 242 m 6% σfission=6856(± 656)barn* Am (141 y) Y 8, Y=Y’ ? n+ 241 Am 91, 4% 242 Am (16 h) σfission=2644(± 281)barn* Y’ * G. Fioni et al, Nucl Phys. A 693(2001) 546 O. Bringer, Ph. D Thesis, INP Grenoble, October 2007

Protocole (10/10 ->11/11) Am-242 gs fiss rate/Am-242 m fiss rate q Cycles de mesures avec 4 masses ( 98, 105, 136, 146) 2, 5 Cycles of 4 masses 2 1, 5 A/q. A/EA measurements Ø Vérifier que l’énergie moyenne et la charge moyenne ne varie pas 1 Ø On s’affranchit du burn up 0, 5 Shut-down of the reactor 0 0 5 10 15 20 25 30 q 17 mesures of 16 A/q. A/EA Time [days] Mesures de 41 rendements en masse (91 ->110; 129 ->149) Ø Y> 2% (JEFF 3. 1. 1)

Mesure du flux q Flux donné par 2 chambre à fission dans le réacteur (PIL 1 et PIL 2) Ø Valeur doit être corrigée par simulation pour donner le flux au niveau de la cible) q Détecteur He-3 qui mesure le flux (mis en place pour cette expérience) 5, 20 5, 10 PIL 1 PIL 2 5, 00 Données expérimentales (normalisation arbitraire) 4, 90 4, 80 4, 70 4, 60 Resultats Prélimaires 4, 50 4, 40 -1, 00 E+03 9, 00 E+03 1, 90 E+04 2, 90 E+04 3, 90 E+04 4, 90 E+04

Mesures des rendements isotopiques Ø On a sélectionné la masse du noyau maintenant sélectionnons Z. Ø On utilise la décroissance des noyaux. * Thèse A. Bail

Mesure des rendements isotopiques * Thèse A. Bail

Résumé & Conclusion q Rendements de fission q Séparateur Lohengrin q Détecteurs et résultats obtenus q Ce que je cherche à avoir : - Mesure des rendements de fission produit lors de la réaction (Am-241(2 n, f)) (Y>2%) - Différencier les rendements de fission produits lors de la réaction Am-242(n, f) et ceux produits lors de la réaction Am-242 m(n, f). J’ai 16!*17 rapports Am-242(m) 239 Pu * Thèse A. Bail 233 U * Meeting GEDEPEON Jan 2011 G. Kessedjian (Thèse de F. Martin (en cours)) …

Back-up

C’est quoi un nanoseconde isomère

Etat de l’art Mass Yields 1 0, 1 JEFF 3. 1. 1 ENDFB-VII JENDL 4. 0 0, 01 60 80 100 120 140 q Très grandes incertitudes (~25% for A=105) 160 180 + EXFOR (Aleksandrov) +publications Mass Yields 10 JEFF 3. 1. 1 q Très peu de mesures et encore moins de publiées Aleksandrov (1991) Gudkov (1985) Wolfsberg (1971) q Pic Lourd ? q Rendements donnés seulement pour l’Am-242 m 1 85 105 125 145