PROCEDE DE TRAITEMENT DE SIGNAUX DE MESURE DE CHAMBRES à FISSION

Domaine technique et art antérieur La présente invention se rapporte au domaine des techniques de mesures non destructives.

Plus précisément, l'invention concerne un procédé de traitement de signaux de mesure délivrés par une chambre à fission et obtenus par interrogation neutronique active.

Le procédé de traitement de l'invention est particulièrement bien adapté au traitement de signaux bruts délivrés par un dispositif d'étalonnage de chambre à fission tel que le dispositif faisant l'objet d'une demande de brevet déposée, ce même jour, par la Demanderesse, et intitulé « Dispositif de mesure de taux de comptage et dispositif d'étalonnage de chambre à fission associé », lesquels dispositifs seront rappelés dans la présente demande. Les chambres à fission sont utilisées pour détecter des neutrons. Une chambre à fission contient de la matière fissile et un gaz susceptible de s'ioniser. Sous l'action des neutrons, la matière fissile émet des particules qui ionisent le gaz. La quantité de gaz ionisé traduit la quantité de neutrons reçus dans la chambre à fission. Seule une partie de la matière fissile, appelée masse efficace (« effective mass » en langue anglaise), participe à l'émission des particules qui ionisent le gaz. Dans la pratique, la connaissance précise de la masse efficace est nécessaire à la détermination des grandeurs physiques

absolues que sont le flux neutronique ou les indices de spectres. Le procédé de traitement de l'invention permet de calculer la masse efficace de l'isotope fissile à partir de mesures délivrées par un dispositif d'étalonnage tel que le dispositif mentionné précédemment .

A ce jour, l'étalonnage des chambres à fission est réalisé en réacteur nucléaire, soit en spectre thermique (ou colonne thermique) , soit en spectre de fission. De nombreuses méthodes d'étalonnage ont été développées dans ce cadre. Ces méthodes nécessitent toutes l'utilisation et la disponibilité d'un réacteur de recherche. Pour des raisons de sécurité, ces méthodes nécessitent la mise en place de procédures expérimentales lourdes à mettre en œuvre et sont, en conséquence, coûteuses. Par ailleurs, les réacteurs de recherche disposant de dispositifs d'étalonnage sont de moins en moins nombreux dans le monde, d'où la nécessité qu'il y à effectuer des déplacements si l'on veut étalonner des chambres à fission .

Le procédé de traitement de l'invention permet de déterminer de façon fiable, précise et maîtrisée, les masses efficaces de chambres à fission sans les inconvénients mentionnés ci-dessus.

Exposé de l'invention

En effet, l'invention concerne un procédé de détermination de masses efficaces de N dépôts de matière fissile placés, respectivement, dans N chambres

à fission de mesure, N étant un nombre entier supérieur ou égal à 1, caractérisé en ce qu'il comprend :

A) une première étape de mesure durant laquelle est mesuré le taux de comptage de N dépôts de matière fissile de masses efficaces connues placés, respectivement, dans N chambres à fission d'étalonnage respectivement identiques, quant à leurs dimensions extérieures, aux N chambres à fission de mesure, pour constituer une matrice [C] o de taux de comptage de dépôts de matière fissile connus,

B) une deuxième étape de mesure durant laquelle est mesuré le taux de comptage des N dépôts de matière fissile placés dans les N chambres à fission de mesure, pour constituer une matrice [C] de taux de comptage des dépôts de matière fissile, la deuxième étape de mesure étant effectuée dans des conditions de mesure identiques aux conditions de mesure dans lesquelles la première étape de mesure est effectuée, et

C) une étape de calcul d'une matrice colonne [m] telle que :

[m] = [C] .I( [a] x (Ca] ₀ ^"1 x Cm] ₀ ^"1 x [C] ₀ )), les coefficients de la matrice [m] étant les masses efficaces à déterminer, les symboles « .1 » et « x » étant, respectivement, l'opérateur « division de matrices » et l'opérateur « produit de matrices » et les matrices [a], [alo ^"1 et [m] o ^"1 étant respectivement :

- la matrice [a] , une matrice connue des analyses isotopiques associée aux N dépôts de matière fissile de masses efficaces à déterminer,

- la matrice [alo ^"1 , une matrice inverse d'une matrice [a]o connue des analyses isotopiques associée aux N dépôts de matière fissile de masses efficaces connues,

- la matrice [mJo ^"1 , une matrice inverse d'une matrice [m] ₀ connue dont les coefficients sont les masses efficaces connues des N dépôts de matière fissile connus.

Selon une caractéristique supplémentaire du procédé de l'invention, une matrice variance var [m] de la matrice [m] est calculée, telle que : var[m] = {var[c] + [m*J X (var[a] X [x*J + [a*J X var[X])}.I {[([a] X [x])*J,

Où

- var [C] est la matrice variance de la matrice C,

- var [a] est la matrice variance de la matrice [a],

- var [X] est la matrice variance de la matrice [X] telle que :

[X] = [a] ^"1 x [m] ^"1 x [C] ₀ ,

- [m _1D ² ] est la matrice constituée des termes In ₁ -, à la puissance 2, les In ₁ -, étant les coefficients de la matrice [m], i étant l'indice relatif aux lignes de la matrice et j étant l'indice relatif aux colonnes de la matrice,

- est la matrice constituée des termes a _1D à la puissance 2, les a _1D étant les coefficients de la matrice [a], i étant l'indice relatif aux lignes de la matrice et j étant l'indice relatif aux colonnes de la matrice,

- est la matrice constituée des termes X ₁ -, à la puissance 2, les X ₁ -, étant les coefficients de la matrice [X], i étant l'indice relatif aux lignes de la matrice et j étant l'indice relatif aux colonnes de la matrice,

- [ ([a] x [x])^ ] est la matrice constituée des termes

([a]x[X]) _1D à la puissance 2, les ([a]x[X]) _1D étant les coefficients de la matrice produit [a]x[X], i étant l'indice relatif aux lignes de la matrice et j étant l'indice relatif aux colonnes de la matrice.

Concrètement, l'invention comporte trois volets : a) La mise en équation du problème, qui permet d'exprimer par un système matriciel d'équations le taux de comptage enregistré sur les chambres à fission en fonction des masses efficaces, des compositions en isotopes des chambres, et des sections efficaces macroscopiques massiques de fission des isotopes dans le spectre neutronique relatif à la configuration d'étude du dispositif d' étalonnage . b) Un étalonnage primaire visant à déterminer les sections efficaces macroscopiques massiques des différents isotopes d' intérêt dans une configuration donnée du dispositif d'étalonnage (cette étape nécessite l'utilisation de chambres à fission étalons primaires dont la masse efficace et les compositions isotopiques sont connues avec précision, ces étalons primaires pouvant alors soit provenir de fabrications spécifiques, soit avoir été

préalablement étalonnés dans un autre dispositif d'étalonnage (en réacteur par exemple)). c) Un étalonnage secondaire, qui permet, connaissant les compositions isotopiques et les taux de comptage obtenus dans le dispositif d'étalonnage par interrogation neutronique active, de remonter à la masse efficace d' isotope principal contenu dans les chambres à fission.

Le procédé de traitement de l'invention permet d'obtenir, pour tous les actinides, à l'aide d'un dispositif d'étalonnage en configuration de neutrons rapides, des précisions d'étalonnage équivalentes à celles obtenues en réacteur.

Dans le cas d'un dispositif d'étalonnage en configuration de neutrons thermiques, le procédé de traitement de l'invention permet d'obtenir des précisions équivalentes à celles obtenues en réacteur dans le cas des isotopes fissiles aux neutrons thermiques .

Brève description des figures

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel fait en référence aux figures jointes, parmi lesquelles :

- la figure 1 représente un schéma de principe de cellule de mesure qui participe à un dispositif de mesure de taux de comptage qui délivre des signaux de mesure aptes à être traités par le procédé de l'invention;

- la figure 2 représente une vue en coupe partielle d'un premier exemple de structure qui participe à un dispositif de mesure de taux de comptage qui délivre des signaux de mesure aptes à être traités par le procédé de l'invention ;

- la figure 3 représente une vue en coupe partielle d'un deuxième exemple de structure qui participe à un dispositif de mesure de taux de comptage qui délivre des signaux de mesure aptes à être traités par le procédé de l'invention;

- la figure 4 représente un schéma de principe de dispositif de taux de comptage de chambre à fission qui délivre des signaux de mesure aptes à être traités par le procédé de l'invention ; - la figure 5 représente un schéma de principe du procédé de traitement de signaux de mesure de l'invention ;

- la figure 6 représente un schéma de principe de dispositif d'étalonnage de chambre à fission qui met en œuvre le procédé de traitement de signaux de mesure de l'invention.

Sur toutes les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments.

Description d'un mode de réalisation préférentiel de

1' invention

Les figures 1-4 représentent, à titre d'exemple non limitatif, un dispositif de mesure de taux de comptage de chambre à fission qui délivre des mesures de taux de comptage aptes à être traitées par le procédé de l'invention.

La figure 1 représente une cellule de mesure qui participe au dispositif de mesure de taux de comptage. La cellule de mesure 1 est constituée d'une enceinte 2 qui contient un matériau 3 dans lequel est formée une cavité 4 et d'un compteur de neutrons K. Le matériau qui constitue l'enceinte 2 est, par exemple, du polyéthylène et le matériau 3 est, par exemple, du graphite. Une cavité longitudinale 5 apte à recevoir une chambre à fission est formée à l'intérieur du matériau 3. Un générateur de neutrons 6 est placé, dans le matériau 3, à proximité de la cavité 5. La cavité cylindrique 5 débouche sur la cavité 4 par une ouverture O. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le compteur de neutrons K est placé à côté de l'enceinte 2. L'invention concerne également le cas où le compteur de neutrons est situé dans l'enceinte 2.

La figure 2 représente une vue en coupe partielle d'un premier exemple de structure qui participe au dispositif de mesure de taux de comptage. La structure représentée en figure 2 est destinée à l'obtention d'un spectre neutronique rapide. La cavité 5 contient deux enveloppes cylindriques coaxiales 8, 9, l'enveloppe 8 entourant l'enveloppe 9. Les enveloppes 8 et 9 sont, par exemple, en inox et ont une épaisseur de lmm. Une feuille de matériau 13, par exemple une feuille de cadmium de lmm d'épaisseur, recouvre la face extérieure du cylindre 9. La feuille de matériau 13 a pour fonction de capturer les neutrons thermiques, c'est-à-dire les neutrons dont l'énergie est inférieure à 0,625eV. Un bloc de matériau 10 est placé dans l'espace qui sépare la feuille de matériau

13 et l'enveloppe 8. Le matériau 10, par exemple du borolène (i.e. du bore et du polyéthylène) , a une épaisseur égale, par exemple, à 16mm. Deux bagues de centrage 15 et 16 maintiennent et alignent les enveloppes cylindriques 8 et 9 dans la cavité 5. Une butée B ferme la cavité du côté de la bague de centrage 16. La chambre à fission CH est placée dans l'enveloppe cylindrique 9. Une première extrémité de la chambre à fission est reliée à un élément de connexion 12 qui collecte les électrons créés du fait de l'ionisation du gaz contenu dans la chambre. Cette première extrémité de la chambre à fission est placée à une distance D de l'ouverture O, l'autre extrémité de la chambre étant placée à une distance d de la butée B. L'élément de connexion 12 est relié à un câble coaxial rigide 11. Une enveloppe cylindrique 17, par exemple une enveloppe en inox d'épaisseur lmm, alignée avec l'enveloppe cylindrique 9 est placée dans la cavité 4. Une bague de centrage 14 maintient le câble coaxial rigide 11 dans l'enveloppe cylindrique 17. Un connecteur relie le câble coaxial rigide 11 à un câble de mesure souple 7 qui transmet le signal vers des circuits de traitement (non représentés sur la figure 2 ; voir figure 3) .

Le système de guidage et de positionnement constitué par les éléments 14, 15 et 16 garantit avantageusement une bonne reproductibilité de la position axiale et du centrage radial de la chambre CH. La précision obtenue pour cette position peut être, par exemple, de l'ordre de lmm, voire moins. Par ailleurs, la chambre à fission CH, l'élément de connexion 12 et le câble coaxial 11 sont aptes à se déplacer

longitudinalement dans l'enveloppe cylindrique 9. Le déplacement longitudinal de la chambre à fission permet avantageusement de rechercher une position optimale de la chambre, à savoir la position pour laquelle les résultats de mesure correspondent à un flux maximal.

Les matériaux et dimensions de la structure de l'invention représentée en figure 2 sont préférentiellement obtenus à l'aide du code de calcul neutronique de Monte-Carlo MCNP (MCNP pour « Monte- Carlo N-Particle ») . C'est précisément par ce code de calcul que les matériaux et dimensions mentionnés ci- dessus ont été obtenus. Toutefois, d'autres matériaux ayant des caractéristiques équivalentes pourraient également être choisis pour la constitution de cette structure. Le choix de ces autres matériaux impliquerait alors un dimensionnement différent pour l'obtention de performances sensiblement équivalentes. Les matériaux mentionnés ci-dessus permettent toutefois de réaliser un dispositif d'étalonnage ayant des dimensions « acceptables », c'est-à-dire un dispositif ni trop volumineux ni trop encombrant. Le choix de l'inox pour les enveloppes cylindriques 8, 9 et 17 permet d'assurer une excellente rigidité à l'ensemble du dispositif et de garantir sa résistance à l'usure. Le choix du borolène est justifié par la bonne résistance de ce matériau au vieillissement, par son efficacité en terme de capture des neutrons thermiques et par son faible coût.

Le dispositif de centrage 14, 15, 16 de la chambre à fission est spécifique pour chaque diamètre de chambre étudiée. Les bagues de centrage 14, 15, 16

et la butée B sont, par exemple, en inox. Les diamètres des bagues de centrage et l'usinage de la butée B sont adaptés au diamètre du câble coaxial rigide 11.

Dans la structure décrite ci-dessus, seuls les neutrons n'ayant pas subi de ralentissement/thermalisation dans le graphite de la cellule et dans le borolène pénètrent à l'intérieur de la chambre à fission. Ainsi, la chambre à fission ne voit-elle que les neutrons rapides émis par le générateur 6, c'est-à-dire les neutrons qui n'ont pas subi d'interaction.

La figure 3 représente une vue en coupe partielle d'un deuxième exemple de structure qui participe au dispositif de mesure de taux de comptage. La structure de la figure 3 est adaptée à l'obtention d'un spectre neutronique thermique. La cavité 5 comprend tous les éléments constitutifs déjà décrits en référence à la figure 2, à l'exception du bloc de matériau 10 et de la feuille de cadmium 13. L'espace entre les enveloppes 8 et 9 est ici rempli d'air. De même que précédemment, la position de la chambre à fission peut être ajustée longitudinalement à l'aide, par exemple, des moyens de coulissement mentionnés précédemment . Les neutrons qui sont issus du générateur 6 peuvent ici pénétrer dans la chambre à fission quelles que soit leurs énergies. Toutefois, ces neutrons traversent auparavant une épaisseur de graphite comprise, par exemple, entre Ocm et environ 40cm selon la position occupée par la chambre à fission dans l'enveloppe 9, ce qui permet de discriminer leur

énergie en fonction de leur instant d' arrivée au niveau de la chambre à fission, c'est-à-dire en fonction de l'épaisseur de graphite traversée. A titre d'exemple non limitatif, les calculs élaborés à partir du code de Monte-Carlo MCNP4C2 ont montré que plus de 99,9% des neutrons émis par un générateur de neutrons dont la fréquence de tir est de 125Hz sont, après chaque tir, des neutrons thermiques dans une plage de temps comprise entre 700μs et 3500μs, quelle que soit la position axiale de la chambre dans le dispositif d' étalonnage .

La figure 4 illustre un schéma de principe du dispositif de mesure de taux de comptage de chambre à fission. Le dispositif de mesure comprend : - une cellule de mesure 1 telle que décrite ci-dessus et dans laquelle sont intégrés une chambre à fission CH, un générateur de neutrons 6 et un compteur de neutrons K,

- un système de traitement ST des signaux délivrés par la chambre à fission CH et par le compteur K et qui délivre, d'une part, un signal représentatif du signal délivré par la chambre à fission et, d'autre part, un signal représentatif du signal délivré par le compteur K, et - un circuit de calcul 34 qui calcule le taux de comptage C de la chambre à fission normalisé par rapport au signal délivré par le compteur K à partir des signaux délivrés par le système de traitement ST.

Le système de traitement ST comprend :

— un préamplificateur 18 qui amplifie le signal délivré, via le câble de mesure 7, par la chambre à fission CH,

— un amplificateur 20 relié au préamplificateur 18 par un câble multi-conducteurs 19 qui transmet en direction de la chambre à fission CH une haute tension HT et une basse tension BT,

— un circuit électronique 21 relié par un câble 27 au générateur de neutrons 6, — un circuit d'acquisition 32 qui comprend un amplificateur 22, une carte d'acquisition 23 et un circuit de haute tension 24, l'amplificateur 22 recevant, via un câble 26, le signal délivré par le compteur K et, via une liaison électrique 33, la haute tension délivrée par le circuit 24, le câble 26 alimentant en haute tension HTo le compteur K, la carte d'acquisition 23 recevant, via une liaison électrique 29, le signal délivré par l'amplificateur 20 et, via une liaison électrique 28, le signal délivré par le circuit électronique 21, l'amplificateur 22 délivrant le signal représentatif du signal délivré par le compteur K et la carte d'acquisition 23 délivrant le signal représentatif du signal délivré par la chambre à fission. A titre d'exemple non limitatif, le dispositif de mesure de taux de comptage représenté en figure 4 ne contient qu'une seule chambre à fission. De façon plus générale, un dispositif de mesure de taux de comptage contient N chambres à fission, N étant un nombre entier supérieur ou égal à 1.

La figure 5 représente un schéma de principe du procédé de détermination de masse efficace de l'invention. Le procédé est décrit le cas général où N masses efficaces de N dépôts fissiles contenus dans N chambres à fission de mesure sont calculées simultanément. Chaque dépôt fissile contient un isotope principal et des impuretés.

Le procédé de l'invention comprend, tout d'abord, deux étapes de mesure El et E2. L'étape El est une étape de mesure des taux de comptage de N dépôts de matière fissile de masses efficaces connues placés dans N chambres à fission d'étalonnage respectivement identiques aux N chambres à fission de mesure, et l'étape E2 est une étape de mesure des taux de comptage des N dépôts de matière fissile dont les masses efficaces sont à déterminer. Par chambre à fission « identiques », il faut entendre des chambres à fission dont les caractéristiques dimensionnelles externes (diamètre et longueur de la chambre) sont identiques, aux tolérances de fabrication près, les autres caractéristiques n'étant pas nécessairement identiques. L'étape El conduit à la formation d'une matrice [C] o qui est la matrice des taux de comptage mesurés de N dépôts de matière fissile de masses efficaces connues et l'étape E2 conduit à la formation d'une matrice [C] qui est la matrice des taux de comptage mesurés des N dépôts de matière fissile de masses efficaces à déterminer. Les matrices [C] o et [C] sont formées, par exemple, à partir de mesures de taux de comptage normalisés délivrées par un dispositif conforme au dispositif représenté en figure 4. Lors des étapes El

et E2, les taux de comptage mesurés sont obtenus dans des conditions de mesure identiques. Par « conditions de mesures identiques », il faut entendre que, dans les deux cas, la chambre à fission occupe une position identique dans la cellule de mesure, que la configuration des mesures est identique (neutrons rapides ou neutrons thermiques) et que la plage de temps dans laquelle les mesures sont effectuées est identique . Aux étapes El et E2 succède une étape E3 de calcul d'une matrice [m] telle que :

[m] = [ C ] . 1 ( [ a ] x ( [a]; ¹ x [m]; ¹ x [C] ₀ ) ) ( 1 ) , où les symboles « .1 » et « x » représentent, respectivement, l'opérateur « division de matrices » et l'opérateur « multiplication de matrices ».

La matrice [m] est une matrice colonne dont les coefficients sont les masses efficaces que l'on cherche à déterminer.

Les matrices [a] , [αj ¹ et Im] ₀ ¹ sont des matrices connues :

- la matrice [a] est la matrice des analyses isotopiques des N dépôts de matière fissile contenus dans les N chambres à fission, normalisées par rapport aux isotopes principaux, - la matrice [alcT ¹ est la matrice inverse de la matrice [a]o des analyses isotopiques des N dépôts de matière fissile connus, et

- la matrice [m] ₀ ^~λ est la matrice inverse de la matrice colonne [m] ₀ formée à partir des N masses efficaces connues associées aux N dépôts de matière fissile connus .

A l'aide des matrices connues [a], [a]/ et

[m] ^"1 et des matrices [C] et [C] o construites à partir des mesures mentionnées précédemment, il est alors possible de calculer la matrice [m] (cf. équation (I)). En plus de la matrice [m], l'étape de calcul E3 calcule également la matrice des variances [var (m) ] , où var (m) représente la variance de la masse efficace m. L'équation de la matrice des variances est explicitée ci-dessous. En faisant l'hypothèse de l'indépendance des coefficients des matrices [a]^ ¹ , [m] ^"1 et [c] ₀ , la matrice variance de la matrice m s'écrit : var[m] = {var[c] + [m*J X (var [a] X [x*J + [a*J X var [X])} .1 {[([a] X M)'J _{( 2 )} ,

Où - var [C] est la matrice variance de la matrice C,

- var [a] est la matrice variance de la matrice [a],

- var [X] est la matrice variance de la matrice [X] telle que :

[X] = [a] ^"1 x [m] ^"1 x [C] ₀ ( 3 ) , - [m _1D ² ] est la matrice constituée des termes In ₁ -, à la puissance 2, les In ₁ -, étant les termes de la matrice

[m], i étant l'indice relatif aux lignes de la matrice et j étant l'indice relatif aux colonnes de la matrice, - est la matrice constituée des termes a _1D à la puissance 2, les a _1D étant les termes de la matrice [a], i étant l'indice relatif aux lignes de la matrice et j étant l'indice relatif aux colonnes de la matrice,

- est la matrice constituée des termes X ₁ -, à la puissance 2, les X ₁ -, étant les termes de la matrice [X], i étant l'indice relatif aux lignes de la matrice et j étant l'indice relatif aux colonnes de la matrice,

- [ ([a] x [x])^ ] est la matrice constituée des termes

([a]x[X]) _1D à la puissance 2, les ([a]x[X]) _1D étant les termes de la matrice produit [a]x[X], i étant l'indice relatif aux lignes de la matrice et j étant l'indice relatif aux colonnes de la matrice.

De façon générale, une chambre à fission d'isotope principal i contient des impuretés. Dans la pratique, les impuretés en U-234 et U-236 sont souvent présentes en quantité négligeable dans les chambres Uranium U-233, U-235 ou U-238 et ne posent donc pas de problème. Dans le cas des chambres Pu-238 par exemple, l'impureté U-234 est un produit de la décroissance radioactive du Pu-238 avec une période de 87,7 ans. Si l'on possède une chambre Pu-238 suffisamment récente, la quantité d'U-234 sera donc négligeable.

Dans les cas où il n'est pas possible de négliger les impuretés, le procédé de l'invention prend avantageusement en compte leur influence. Les coefficients calculés de la matrice [m] sont alors des masses efficaces équivalentes qui prennent en compte, outre les masses efficaces des isotopes principaux, les masses efficaces des impuretés présentes dans la chambre à fission. A titre d'exemple non limitatif, l'expression d'une masse efficace équivalente d'isotope principal Pu-238 qui contient des impuretés U-234 va

maintenant être donné.

Le nombre équivalent N _eq de noyaux d' isotope Pu-238 contenus dans une chambre à fission se calcule avec l'équation suivante :

N _eq =(N ₄ x^+ N _s )

où :

- N ₄ est le nombre de noyaux d'U-234 contenus dans la chambre et connus par analyse,

- N ₈ est le nombre de noyaux de Pu-238 contenus dans la chambre et connus par analyse,

- σ ₄ , _c est la section efficace microscopique de fission de l'impureté U-234, calculée, par exemple, avec le code MCNP4C2, dans les conditions de mesure (intervalle de temps de comptage et spectre neutronique rapide ou thermique étudié) ,

- Os, _c = section efficace microscopique de fission du Pu-238, calculée, par exemple, avec le code MCNP4C2, dans les conditions de mesure (intervalle de temps de comptage et nature rapide ou thermique du spectre neutronique étudié) .

La masse efficace équivalente m _eq de Pu-238 qui est prise en compte comme coefficient de la matrice [m] est alors donnée par la formule suivante :

238 σ _m4c m =m _λ x x +m _x e ^q 234 σ où

- m ₄ est la masse efficace de l' U-234 dans la chambre,

- 238 est le nombre de masse du Pu-238,

- 234 est le nombre de masse de l'U-234,

- σ _m4c est la section efficace microscopique massique de

fission de l'U-234, calculée, par exemple, avec le code MCNP4C2, dans les conditions de mesure (intervalle de temps de comptage et nature rapide ou thermique du spectre neutronique étudié) , - σ _m 8 _C est la section efficace microscopique massique de fission du Pu-238, calculée, par exemple, avec le code MCNP4C2, dans les conditions de mesure (intervalle de temps de comptage et nature rapide ou thermique du spectre neutronique étudié) , - m ₈ est la masse efficace de Pu-238 dans la chambre.

La figure 6 représente un schéma de principe de dispositif d'étalonnage de chambre à fission qui utilise le procédé de l'invention. En plus des éléments mentionnés en relation avec la figure 4, le dispositif d'étalonnage comprend un circuit de calcul 35. Le circuit de calcul 35, par exemple un ordinateur, met en œuvre le procédé de calcul de l'invention décrit en référence à la figure 5.

La masse efficace m et la variance associée var (m) sont calculées à partir du taux de comptage mesuré C (matrice [C] dans le cas général) , du taux de comptage mesuré Co (matrice [C] o dans le cas général) et des données connues a, a ^~ ] et m ^"1 (respectivement matrices [a] , [a]^ ¹ et [m] ^"1 dans le cas général) . A titre d'illustration et de validation du procédé de l'invention, sont donnés ci-après les résultats d'étalonnage obtenus avec des chambres à fission d'isotope principaux : Th-232, U-235, U-238, Np-237, Pu-239, Pu-240, Pu-241, Pu-242 et Am-241. Ces résultats sont obtenus dans les deux configurations (thermique et rapide) du dispositif d'étalonnage de

l'invention par interrogation neutronique active. Ils sont validés par rapport à des étalonnages réalisés en réacteur. Les résultats obtenus en configurations thermique et rapide sont également comparés et validés entre eux. Les résultats sont présentés à l'aide des tableaux 1-11 situés en fin de description.

Obtention des données de référence

Le tableau 1 synthétise l'ensemble des compositions isotopiques des chambres à fission étudiées. Les pourcentages isotopiques sont normalisés à celui de l'isotope principal.

Le coefficient de variation (i.e. l'incertitude relative) sur le pourcentage isotopique est obtenu par retour d'expérience sur les analyses isotopiques, et dépend donc du laboratoire et des moyens d'analyse. A titre d'information, la corrélation utilisée pour déterminer le coefficient de variation y en % en fonction du pourcentage isotopique x, est : y = 0.002406 _χ -°- ⁶⁰⁹

Les masses efficaces connues des isotopes principaux sont obtenues, par exemple, par étalonnage en réacteur (voir tableau 2), ce qui permet de déterminer le nombre de noyaux représenté par la matrice [n] telle que :

[n] = [m] x [a] .

Résultats de l'étalonnage primaire

Dans la configuration rapide du dispositif d'étalonnage, les taux de comptage obtenus à partir des chambres étalons primaires sont répertoriés dans le

tableau 3. Ils sont normalisés au taux de comptage du moniteur Helium3.

A noter que les chambres U _na t n°3 et Pu-239 n°6 n'ont pas été prises en compte dans les étalons primaires. Elles seront utilisées plus loin pour vérifier la validité des résultats obtenus par rapport à leur masse étalonnée en réacteur.

Compte tenu des données ci-dessus, il est aisé de résoudre l'équation (3), d'où le résultat du tableau 4, exprimé par rapport à une unité de masse choisie égale à 1 μg.

On constate que l'incertitude relative sur les sections efficaces macroscopiques massiques de tous les isotopes est excellente de l'ordre de 1% à 4%, dont moins de 1% provenant de la reproductibilité de la mesure, et environ 2% à 3% provenant des incertitudes sur les masses des étalons primaires.

Dans la configuration thermique du dispositif d'étalonnage, les taux de comptage obtenus à partir des chambres étalons primaires, sont répertoriés dans le tableau 5. Ils sont normalisés au taux de comptage du moniteur Helium3.

Compte tenu des données ci-dessus, il est aisé de résoudre l'équation (3), d'où les résultats du tableau 6 exprimés par rapport à une unité de masse choisie égale à 1 μg.

On constate que l'incertitude relative sur les sections efficaces macroscopiques massiques des isotopes fissiles aux neutrons thermiques est excellente de l'ordre de 2% à 3%, dont moins de 1% provenant de la reproductibilité de la mesure, et

environ 2% à 3% provenant des incertitudes sur les masses des étalons primaires.

Par contre, l'incertitude liée aux sections efficaces macroscopiques massiques des isotopes non fissiles aux neutrons thermiques est élevée (-10% pour Pu-242, -20% pour Pu-240), du fait que les sections de ces isotopes sont très faibles, de l'ordre de 100 fois plus faibles que celles du Pu-239, du Pu-241 et de l'U-235. On note d'ailleurs qu'une section efficace nulle est trouvée mathématiquement pour l'U-238.

A titre indicatif, l'ensemble de ces éléments prouve bien que le spectre neutronique d' interrogation des chambres à fission dans la configuration thermique du dispositif d'étalonnage, est purement thermique.

étalonnage secondaire en masse efficace des chambres à fission

Le tableau 7 donne la liste des chambres à fission étalonnées en masse efficace dans le dispositif d'étalonnage en configuration rapide, ainsi que les comptages et incertitudes associées.

Le tableau 8 donne la liste des chambres à fission étalonnées en masse efficace dans la configuration thermique du dispositif d'étalonnage, ainsi que les comptages et incertitudes associées.

Résultats des étalonnages en configuration rapide

La matrice des compositions isotopiques et de leurs incertitudes associées étant connue à partir

du tableau 1, on obtient les masses efficaces par l'intermédiaire de l'équation (1) (voir tableau 9).

On constate que les incertitudes sur les masses efficaces étalonnées sont de l'ordre de 2% à 3% pour les actinides étudiés (5% dans le cas de l'Am-241), et sont donc comparables à celles obtenues par étalonnages en réacteur.

Pour les 6 chambres étalonnées à la fois dans le dispositif en configuration rapide (« Dispo ») et en réacteur (« Réacteur ») , on constate un écart

D ⁱ s ^p o-Reac ^t eur inférieur à l'incertitude expérimentale Réacteur

(CV (%) ) . On peut donc conclure que les résultats sont cohérents, ce qui valide les mesures réalisées dans le dispositif d'étalonnage en configuration rapide.

Résultats des étalonnages en configuration thermique

La matrice des compositions isotopiques et de leurs incertitudes associées étant connue à partir du tableau 1, on obtient les masses efficaces par l'intermédiaire de l'équation (1) (voir tableau 10).

On constate que les incertitudes sur les masses efficaces étalonnées sont de l'ordre de 2% à 3% dans le cas des isotopes fissiles aux neutrons thermiques (U-235, Pu-239) , et sont donc comparables à celles obtenues par étalonnages en réacteur.

Dans le cas des isotopes non fissiles aux neutrons thermiques (Pu-240 et U-238 dans le cas présent) , des incertitudes plus élevées (comprises entre 5% et 80% selon la quantité d'impuretés fissiles contenue dans ces dépôts à isotopes principaux non fissiles aux neutrons thermiques) sont observées. Ces

incertitudes sont nettement plus élevées que celles observées lors des étalonnages en configuration rapide du dispositif d'étalonnage par interrogation neutronique active, ou en réacteur. En termes de qualité, il convient donc de noter que les étalonnages en configuration thermique ne permettent d' obtenir des performances correctes en termes de précision que pour les isotopes fissiles aux neutrons thermiques. Néanmoins, pour les 6 chambres étalonnées à la fois dans le dispositif en configuration thermique (« Dispo ») et en réacteur (« Réacteur ») , on constate un écart D ⁱ s ^p o-Réac ^t eur inférieur à l'incertitude

Réacteur expérimentale (CV (%) ) . On peut donc conclure que les résultats sont cohérents, ce qui valide les mesures réalisées dans le dispositif d'étalonnage en configuration thermique.

Comparaison des étalonnages en configuration rapide et thermique

Le tableau 11 établit la comparaison entre les résultats obtenus par le dispositif d'étalonnage dans les configurations thermique et rapide.

On constate un excellent accord entre les résultats, l'écart étant toujours nettement inférieur à l'incertitude expérimentale à 1 écart-type.

Tableau 1 : composition isotopique des chambres à fission, en % de l'isotope principal

Tableau 2 : masses des chambres étalons primaires

Tableau 3 : comptages et incertitudes associées des chambres étalons primaires, dans la configuration rapide du dispositif d'étalonnage

Tableau 4 : vecteur colonne [X] des sections efficaces intégrales massiques (unité de masse égale à 1 μg) de fission macroscopiques normalisées au moniteur, dans la configuration rapide du dispositif d'étalonnage

Tableau 5 : comptages et incertitudes associées des chambres étalons primaires, dans la configuration thermique du dispositif d'étalonnage

Tableau 6 : vecteur colonne [X] des sections efficaces intégrales massiques (unité de masse égale à 1 μg) de fission macroscopiques normalisées au moniteur, dans la configuration thermique du dispositif d'étalonnage

Tableau 7 : comptages et incertitudes associées des chambres à étalonner, dans la configuration rapide du dispositif d'étalonnage

Tableau 8 : comptages et incertitudes associées des chambres à étalonner, dans la configuration thermique du dispositif d'étalonnage.

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Tableau 9 : masses efficaces des chambres à fission dans la configuration rapide

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Tableau 10 : masses efficaces des chambres à fission dans la configuration thermique

Tableau 11 : comparaison des masses efficaces obtenues en configurations thermique et rapide