Consid´erations et hypoth`eses de calcul

energies

3.6.1 Consid´erations et hypoth`eses de calcul

Dans cette seconde phase de travail, nous pr´esentons l’´etude de la modification du syst`eme de mesure conventionnel par sph`eres de Bonner, syst`eme d´efini et caract´eris´e par simulations num´eriques de type Monte Carlo dans les sections pr´ec´edentes, afin d’´etendre sa sensibilit´e aux neutrons de hautes ´energies. Cette extension est potentiellement envisageable, comme

nous l’avons d´ecrit dans la section 2.5 du chapitre 2, en incorporant dans le poly´ethyl`ene mod´erateur de sph`eres de Bonner conventionnelles, des coquilles de mat´eriaux convertisseurs, et plus pr´ecis´ement des mat´eriaux m´etalliques poss´edant de grandes sections efficaces de r´eactions (n,xn′

). Notre travail s’est alors concentr´e sur le calcul de la r´eponse d’un grand nombre de configurations ‘m´etalliques’ de sph`eres de Bonner au moyen du code de transport MCNPX 2.6.0. Plus pr´ecis´ement, cette ´etude a consist´e `a analyser et `a quantifier, selon la nature du mat´eriau convertisseur, l’effet du positionnement ainsi que de la masse de ce mat´eriau convertisseur au sein du poly´ethyl`ene mod´erateur sur l’accroissement cons´equent de la r´eponse aux neutrons de hautes ´energies de la sph`ere de Bonner modifi´ee. L’´etape finale de cette ´etude repose par la suite sur la recherche et le choix de configurations m´etalliques de sph`eres de Bonner optimis´ees pour augmenter de la mani`ere la plus cons´equente l’efficience de d´etection du syst`eme dans le domaine des hautes ´energies. Sera pr´esent´ee dans ce qui suit, la partie des r´esultats les plus significatifs qui ont conduit au choix des configurations m´etalliques optimis´ees et retenues.

Comme illustr´e et sp´ecifi´e dans le tableau 3.13, trois positions m´etalliques de d´epart ont ´et´e fix´ees et les cons´equences sur la r´eponse aux neutrons de hautes ´energies ont ´et´e ´etudi´ees. Dans les trois configurations de sph`eres m´etalliques consid´er´ees, le diam`etre total de sph`ere modifi´ee (mod´erateur et convertisseur compris) est maintenu constant et ´egal `a 7′′

. D’autre part, l’´epaisseur de coquille m´etallique est maintenue constante et ´egale `a 0.5′′

dans ces trois configurations m´etalliques de d´epart, ce qui permet de conserver une ´epaisseur mod´eratrice totale constante dans les trois cas. Ces deux crit`eres g´eom´etriques de configuration sont bas´es sur des consid´erations pratiques de maniabilit´e et de transport des sph`eres modifi´ees que nous expliciterons au cours des sections suivantes. Dans le but de quantifier l’accroissement de la r´eponse aux neutrons rapides pour chacune des configurations m´etalliques d´efinies et consid´er´ees, respectivement par rapport `a la r´eponse de la sph`ere conventionnelle initiale de 7′′

de diam`etre, nous introduisons le ratio not´e Γ<sub>m´etal</sub>, tel que Γ<sub>m´etal</sub>= R´eponse de la sph`ere 7′′

modifi´ee / R´eponse de la sph`ere 7′′

conventionnelle, qui est fonction de l’´energie incidente des neutrons E_n.

3RVLWLRQ0LQWHUQH !"*+(%#&")*,(-") 0DWpULDX ++ ,.. , (SDLVVHXU %#&" -" 'LDPqWUHH[WHUQH /" !" 3RVLWLRQ0FHQWUDOH !"*,(")*+(%#&")*,(") 0DWpULDX ,.. , ++ ,.. , (SDLVVHXU " %#&" " 'LDPqWUHH[WHUQH " &" !" 3RVLWLRQ0H[WHUQH !"*,(-")*+(%#&") 0DWpULDX ,.. , ++ (SDLVVHXU -" %#&" 'LDPqWUHH[WHUQH 0" !"

Figure 3.13 : Dimensionnement des trois configurations de sph`eres modi-fi´ees de 7′′

de diam`etre mod´elis´ees pour l’extension du syst`eme conventionnel aux hautes ´energies.

Pour terminer et non pour le moindre, tous les calculs MCNPX relatifs `a cette phase d’extension de notre syst`eme multisph`ere conventionnel ont ´et´e effectu´es en assumant et en employant un mod`ele g´eom´etrique tr`es simplifi´e du compteur proportionnel 3He central de type LND 2705, `a savoir une sph`ere id´eale contenant du gaz3He de densit´e atomique effective n<sub>He</sub> = 2.4246 × 10<sup>20</sup> cm−3 et de diam`etre ´egal au diam`etre interne de la coque m´etallique sph´erique du compteur d´efini dans le mod`ele g´eom´etrique d´etaill´e r´ealiste (section 3.2.2). Les coquilles m´etalliques mod´elis´ees sont, quant `a elles, suppos´ees parfaitement sph´eriques et parfaitement ajust´ees d’une seule pi`ece au poly´ethyl`ene et/ou au compteur <sup>3</sup>He central. Les raisons de ce choix de mod´elisation simplifi´ee sont justifi´ees, au vu du grand nombre de configurations m´etalliques mod´elis´ees au total, par un travail rendu bien trop fastidieux s’il avait ´et´e accompli avec un mod`ele r´ealiste d´etaill´e du compteur 3He, s’accompagnant n´ecessairement de l’optimisation de la subdivision g´eom´etrique de cellules (par importance

aux neutrons) sur la configuration compl`ete de la sph`ere modifi´ee par une technique de r´eduction de variance. En outre, toujours dans le souci d’optimiser le temps de calcul CPU vis `a vis du grand nombre de configurations m´etalliques mod´elis´ees, nous avons laiss´e le code MCNPX libre de simuler le transport des neutrons de hautes ´energies avec le mod`ele de cascades intranucl´eaires de Bertini (mod`ele physique employ´e par d´efaut par MCNPX lorsque les tables de donn´ees de sections efficaces ne sont plus disponibles) coupl´e avec le g´en´erateur d’´ev`enements de hautes ´energies FLUKA (mod`ele physique employ´e par d´efaut par MCNPX au-del`a de 3.5 GeV). Nous nous affranchissons ainsi du temps d’ex´ecution de calcul respectivement associ´e au g´en´erateur d’´ev`enements de hautes ´energies LAQGSM bien plus cons´equent (d’un facteur 14 `a 38 selon nos estimations dans le cadre de nos calculs) par rapport `a celui respectivement associ´e au mod`ele physique de Bertini coupl´e avec le g´en´erateur FLUKA. Notons que la d´emarche ´etablie pour l’´etude de l’extension du syst`eme conventionnel au domaine des hautes ´energies se veut ˆetre absolue, et par l`a mˆeme ind´ependante du choix du mod`ele physique pour simuler les interactions des neutrons de hautes ´energies dans les configurations m´etalliques de sph`eres de Bonner.

En dehors des consid´erations et hypoth`eses de calcul ´emises pr´ec´edemment, les proc´edures et conditions de calcul pour d´eterminer la r´eponse en fluence aux neutrons restent identiques `

a celles d´ecrites dans la section 3.2.3 et la partie 3.3.