Dans le cadre du nouveau cycle de combustible 232Th/233U, détermination de la section efficace de capture radiative 233Pa (n,?) pour des énergies de neutrons comprises 0 et 1 MeV

Abstract

Dans l'optique d'un développement durable du nucléaire, un des thèmes de recherche du CNRS dicté par la loi Bataille de 1991, est l'étude d'une nouvelle filière nucléaire utilisant un combustible à base de minerai de Thorium (232Th) où le noyau fissile est l’233U. Le principal intérêt de ce type de combustible réside dans sa particularité de produire les déchets transuraniens en beaucoup plus faible quantité que les réacteurs à eau pressurisée actuels. Cependant certaines données nucléaires importantes concernant cette nouvelle filière sont très mal connues comme par exemple celles relatives au noyau charnière Protactinium 233 (233Pa). Sa période de 27 jours lui confère un rôle particulier dans le cycle mais en raison de sa trop forte activité l'étude de ce noyau relève du défi expérimental. Pour contourner cette difficulté, la probabilité d'émission de rayonnements gamma dans la réaction induite par neutrons 233Pa(n,γ) entre 0 et 1 MeV d'énergie neutron a été déterminée à partir de la réaction de transfert 232Th(3He,p)234Pa*. Le dispositif de mesure permettait d'identifier la particule de sortie signant ainsi la voie de réaction tandis que des scintillateurs de type C6D6 permettaient la détection en coïncidence des rayonnements gamma émis. La méthode d'analyse des évènements gamma a nécessité la pondération des spectres de photons par des fonctions mathématiques calculées dites "fonctions de poids". Leurs déterminations requièrent néanmoins une connaissance parfaite du comportement des scintillateurs (efficacité, fonctions de réponse) dans la géométrie choisie. Pour ce faire une étude préliminaire a été réalisée à l'aide de sources gamma et avec des réactions induites par protons sur des noyaux légers. Les simulations utilisant le code de transport MCNP ont été validées par les résultats expérimentaux.

In the perspective of permanent nuclear development, one of the main research themes of the CNRS, dictated by the law of 1991 called Bataille, is the study of a new nuclear fuel cycle based on Thorium (232Th) where 233U is the fissile nucleus. It is strongly believed that nuclear reactors using this fuel will produce actinide waste in much lower quantities compared to the present Uranium fuelled reactors. However, important nuclear data concerning nuclei that belong to this new fuel cycle are badly known, like for example the radiative capture probability of the key nucleus Protactinium 233 (233Pa) which is simply missing. Because of its 27 days half-life and as a consequence its high specific activity, the study of neutron induced reactions on this nucleus becomes an experimental challenge. To overcome this problem, the gamma emission probability of the reaction 233Pa(n,γ) between 0 and 1 MeV neutron energy was determined via the transfer reaction 232Th(3He,p)234Pa* . The experimental set up allowed simultaneous detection of particles using Silicon telescopes and gamma rays using C6D6 liquid scintillators. Analysis of the events associated with gamma rays requires the weighting of the photon spectra by calculated mathematical functions called "weighting functions". Their determination however requires a perfect knowledge of the behaviour of the scintillators (efficiency, response functions) in the selected geometry. A preliminary study has therefore been carried out with gamma ray sources and using proton induced reactions on light nuclei. Monte Carlo simulations using the MCNP transport code have been validated by experimental results.