D´ependance angulaire des r´eponses en fluence

Pouvant pr´etendre `a une sym´etrie quasi sph´erique, un syst`eme de d´etection de neutron bas´e sur le principe de mod´eration par sph`eres de Bonner, et ceci d’autant plus, dans notre cas d’´etude, que le volume sensible du d´etecteur thermique central est contenu dans une enveloppe sph´erique, pr´esente l’avantage majeur de fournir en premi`ere approximation une r´eponse aux neutrons quasi isotrope.

10^-9 10^-8 10^-7 10^-6 10^-5 10^-4 10^-3 10^-2 10^-1 10⁰ -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 Compteur nu Sphère 3" D é v ia ti o n ( % ) [R ( ϕ = 9 0 °) R ( ϕ = 0 °) ] / R ( ϕ = 0 °) E_n / MeV

Figure 3.10 : D´eviation en % de la r´eponse en fluence du compteur3He nu et celle de la sph`ere 3′′

calcul´ees pour une incidence ϕ = +90˚ par rapport `a l’incidence choisie initialement ϕ = 0˚.

Puisque la d´etermination, par simulation Monte Carlo, des r´eponses en fluence du sys-t`eme ´etudi´e se r´eduit `a une irradiation des sph`eres de Bonner par un faisceau de neutrons homog`ene et unidirectionnel, nous avons ´etudi´e l’influence de l’angle d’incidence du faisceau source sur la r´eponse des sph`eres de Bonner. L’angle d’incidence ϕ, pouvant ˆetre compris

dans l’intervalle [−90˚, +90˚], a ´et´e pr´ec´edemment d´efini comme l’angle entre la direction de vol des neutrons incidents et la direction positive de l’axe y, lequel est perpendiculaire `a l’axe de sym´etrie de l’ensemble {compteur 3He + sph`ere mod´eratrice} (cf. figure 3.1). Tous nos calculs de r´eponse ont ´et´e pr´ec´edemment ´etablis avec un angle d’incidence ϕ = 0˚ et nous avons limit´e notre analyse pr´eliminaire de la d´ependance angulaire des r´eponses en quanti-fiant pr´ef´erentiellement les possibles d´eviations de r´eponses calcul´ees en fonction de l’´energie incidente E_n si l’on consid`ere `a pr´esent une incidence de ϕ = +90˚ par rapport `a l’incidence du faisceau initialement choisie avec ϕ = 0˚. A l’´evidence, ces deux positionnements consid´e-r´es du compteur<sup>3</sup>He (correspondant aux incidences respectives ϕ = 0˚et ϕ = +90˚) vis `a vis d’une exposition `a un champ de neutrons monodirectionnel, sont les deux seuls positionne-ments r´eellement envisageables, que ce soit dans le cadre de la caract´erisation exp´erimentale du syst`eme sous faisceaux mono´energ´etiques de r´ef´erence ou dans le cadre de l’application finale du syst`eme de mesure en environnement radiatif atmosph´erique. En d’autres termes, les limites de l’isotropie de r´eponse sont attendues pour une incidence de ϕ = −90˚ selon laquelle une proportion des neutrons incidents traverse obligatoirement le prolongement du connecteur SHV, potentiellement “non transparent” `a ces derniers, avant d’atteindre l’enve-loppe m´etallique sph´erique contenant le volume sensible du gaz de d´etection en ³He. D’autre part, les plus grandes d´eviations potentielles de r´eponse en fonction de l’angle d’incidence sont suppos´ees attendues pour les plus petits diam`etres de sph`ere jusqu’au compteur nu, lesquels sont les plus susceptibles de mettre en d´efaut la sym´etrie sph´erique de l’instrument de mesure, et par cons´equent de remettre en cause l’isotropie de d´etection.

La figure 3.10 repr´esente la d´eviation en % de r´eponse d´efinie `a partir de calculs MCNPX comme ´etant le ratio ∆R/R = [R(ϕ = +90˚) − R(ϕ = 0˚)] /R(ϕ = 0˚) en fonction de l’´energie incidente E<sub>n</sub> dans le cas du compteur proportionnel <sup>3</sup>He nu et celui de la sph`ere de 3′′

de diam`etre. Les ratios ∆R/R sont repr´esent´es avec leurs barres d’incertitudes relatives associ´ees et calcul´ees `a partir de la racine carr´ee de la somme quadratique des incertitudes relatives statistiques respectivement associ´ees aux quantit´es R(ϕ = 0˚) et R(ϕ = +90˚). Concernant le compteur nu, l’´evolution des ratios de d´eviation de r´eponse entre E_n = 10−9 MeV et

E_n = 10−6 MeV, de signe n´egatif, nous indique la diminution de la r´eponse comprise en moyenne entre 2 et 3% environ, si l’on passe de l’incidence ϕ = 0˚ initialement choisie `a l’incidence ϕ = +90˚. Pour la sph`ere de 3′′

de diam`etre, les ratios ∆R/R sont positifs sur la mˆeme r´egion en ´energie, de E<sub>n</sub> = 10−9 MeV jusqu’`a E_n = 10−6 MeV, ce qui signifie au contraire que la r´eponse augmente, et ceci pour des valeurs de ratios n’exc´edant pas en grande majorit´e les 2.5% de d´eviation. Il doit ˆetre not´e, en outre, que la faible anisotropie d´ecroˆıt de mani`ere pratiquement syst´ematique avec l’´energie incidente E<sub>n</sub> croissante, au-del`a de 10−6MeV, jusqu’`a ˆetre sans cons´equence que ce soit pour le compteur nu ou pour la sph`ere de 3′′

de diam`etre. Pour la r´egion en ´energie incidente au-del`a de 10−6MeV, on peut consid´erer que les ratios de d´eviation de r´eponse ∆R/R sont en grande partie bien inf´erieurs `a ±1.5%. A titre d’indication et de comparaison, nous pouvons pr´eciser que la d´eviation en r´eponse cons´equente au changement d’incidence `a ϕ = −90˚ par rapport `a ϕ = 0˚ peut entraˆıner, pour le compteur nu, jusqu’`a pr`es de 15% d’´ecart de r´eponse avec une valeur moyenne ∆R/R sur la gamme en ´energie de E<sub>n</sub> = 10−9 MeV `a E_n = 1 MeV de l’ordre de 12%. Pour la sph`ere de 3′′

de diam`etre, l’´ecart de r´eponse relatif au changement d’incidence `a ϕ = −90˚ est moindre, et ne d´epasse pas les 9%, pour une valeur moyenne ∆R/R chiffr´ee `a 4%. Afin, pour le test de la d´ependance angulaire des r´eponses des autres sph`eres de diam`etre sup´erieur `

a 3′′

, nous pouvons r´esumer nos travaux d’analyse pr´eliminaire en stipulant que les valeurs de ratio ∆R/R = [R(ϕ = +90˚) − R(ϕ = 0˚)] /R(ϕ = 0˚) calcul´ees en fonction de En sont en moyenne tr`es inf´erieures `a 2% `a partir de la sph`ere de 4′′

de diam`etre.

L’ensemble des r´esultats pr´esent´es conforte nos consid´erations sur les deux positionnements possibles du compteur proportionnel les plus r´ealistes vis `a vis d’une exposition `a un champ monodirectionnel de neutron, `a savoir une r´eponse quasi isotrope pour une incidence born´ee entre ϕ = 0˚ et ϕ = +90˚. L’isotropie de r´eponse est `a l’´evidence d´egrad´ee si l’on se place dans le cas extrˆeme ϕ = −90˚puisqu’il correspond au cas le plus d´efavorable qu’il ne pouvait ˆetre judicieux de retenir d`es le d´epart.

3.5.2 Influence de la densit´e massique du poly´ethyl`ene mod´erateur sur les