Ainsi que nous l’avons vu au paragraphe 2.2.2 de ce chapitre, lors des mesures auprès de l’installation LICORNE, le bruit de fond avait deux composantes. Une composante non corrélée en temps, due aux diffusions des neutrons et γ du faisceau dans l’environ- nement, et une composante corrélée en temps, due aux neutrons émis lors de la fission diffusant dans l’environnement avant de revenir interagir dans la cellule scintillante.
Afin d’estimer cette dernière composante, nous avons modélisé l’ensemble du dispo- sitif sous MCNPX-PoliMi. La première étape a été de valider la fonction de transfert simulée (i.e. l’effet de la géométrie sur le spectre), ainsi que la méthode reposant sur l’utilisation de ces simulations pour corriger les spectres expérimentaux.
Pour cela, nous avons utilisé la chambre 252Cf, décrite en partie B chapitre II. Cet acti-
nide fissionnant spontanément, mesurer le spectre en énergie des neutrons prompts émis permet de ne mesurer, en plus des neutrons de fission directs, que les neutrons de fission diffusés (i.e. la composante de bruit de fond corrélée en temps).
3 - Correction des distorsions par simulations avec MCNPX-PoliMi 173 Le spectre temps de vol mesuré est présenté en partie (a) de la figure C.15 et comparé, en partie (b) à celui obtenu lors d’une mesure avec le même dispositif placé au-dessus de la fosse de Bruyères-le-Châtel (mesure sans la composante due à la diffusion des neu- trons de fission sur les murs proches). Le bruit de fond corrélé est nettement visible sur la partie (a) pour des temps supérieurs à 150 ns.
(a)
(b)
0 100 200 300 400 500 600 0 100 200 300 400 500 20 5 2 1 0.5 0.2 0.1 C o u p s TOF [ns] Energie [MeV]Bruit de fond correle
252 Cf(sf) Neutrons Mesure LICORNE 0 1000 2000 3000 4000 5000 0 100 200 300 400 500 20 5 2 1 0.5 0.2 0.1 C o u p s TOF [ns] Energie [MeV]
Mesure sur fosse
Bruit de fond plat
Neutrons
252Cf(sf)
Figure C.15 – Spectres temps de vol du252Cf mesuré dans la salle où se situe LICORNE
174 I De la mesure aux spectres en énergie des neutrons prompts de fission Une première simulation du spectre temps de vol est réalisée en prenant en compte la géométrie du dispositif expérimental (détecteurs neutrons, chambre à fission, murs, sol) puis une seconde en remplaçant tous les éléments de ce dispositif par de l’air. Les résultats de ces simulations sont présentés en figure C.16 et comparé au spectre expéri- mental. 0 500 1000 1500 2000 2500 0 100 200 300 400 500 C o u p s TOF [ns] 300 keV 252 Cf(sf) Spectre expérimental Spectre simulé avec environnement Spectre simulé sans environnement
Figure C.16 – Spectre temps de vol du252Cf mesuré dans la salle LICORNE comparé
aux simulations avec et sans environnement pour un seuil en énergie neutron de 300 keV.
L’accord obtenu entre le spectre temps de vol simulé avec environnement (en rouge) et le spectre temps de vol expérimental (en noir) est relativement bon. En particulier, le bruit de fond corrélé visible au delà de 150 ns est très bien reproduit. De légères différences sont observées autour de 100 ns. Néanmoins, cela n’est pas critique pour notre étude. En effet, la composante de bruit de fond corrélé est obtenue en retranchant au spectre simulé avec environnement (en rouge) celui simulé sans environnement (en bleu). Ces deux spectres étant identiques dans cette zone, la composante bruit de fond corrélé y est négligeable.
Le bruit de fond corrélé, déterminé en utilisant les spectres simulés, est retranché au spectre expérimental, puis celui-ci est converti en énergie. Le résultat de cette conversion est présenté en figure C.17.
3 - Correction des distorsions par simulations avec MCNPX-PoliMi 175 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 0 1 2 3 4 5 6 C o u p s Energie [MeV] 252
Cf(sf)
300 keV
Mesure sur fosse Mesure LICORNE non corrigée Mesure LICORNE corrigée
Figure C.17 – Spectres en énergie des neutrons prompts émis par le252Cf : comparaison
des mesures sur fosse et dans la salle LICORNE avant et après correction du bruit de fond corrélé pour un seuil en énergie neutron de 300 keV
Le spectre noir correspond au spectre obtenu sur fosse (i.e. dans un environnement à bas bruit de fond). Pour la mesure réalisée dans la salle LICORNE, le spectre rouge correspond au spectre obtenu sans correction de la composante de bruit de fond corrélé et le spectre bleu à celui obtenu après correction de ce bruit de fond. Les spectres bleu et noir sont en excellent accord, ce qui nous permet de valider à la fois la fonction de transfert simulée, mais également la méthode consistant à déterminer la composante de bruit de fond corrélé à soustraire au moyen de simulations avec MCNPX-PoliMi.
Afin de corriger avec le plus d’exactitude possible les données sur l’238U, de nouvelles
simulations ont été réalisées en modélisant la source de neutrons de fission par un spectre de Watt. Les paramètres utilisés ont initialement été déterminés à partir du spectre tel qu’il est disponible dans la base de données évaluées JEFF puis, au besoin, ajustés pour reproduire au mieux le spectre temps de vol expérimental.
Le résultat des simulations, présenté en figure C.18, est en bon accord avec le spectre expérimental.
176 I De la mesure aux spectres en énergie des neutrons prompts de fission 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0 100 200 300 400 500 Coups TOF [ns] 238 U(n3,3 MeV,f) Spectre expérimental Spectre simulé avec environnement Spectre simulé sans environnement
Figure C.18 – Spectre temps de vol de l’238U mesuré dans la salle LICORNE comparé
aux simulations avec et sans environnement pour un seuil en énergie neutron de 300 keV
Les composantes bruit de fond sont ainsi estimées pour chacun des détecteurs puis soustraites des spectres expérimentaux. Ces derniers sont ensuite convertis en énergie et corrigés de l’efficacité de détection. Les résultats sont présentés dans le chapitre II.