fission
Ce travail se sert du code de simulation pr´ec´edemment mis au point pour di- mensionner une nouvelle chambre `a fission. Cette optimisation doit ˆetre conduite en suivant quatre objectifs.
– Il faut que les d´etecteurs disposent d’une pression interne suffisante pour que la charge d´epos´ee dans le gaz par les produits de fission g´en`ere un signal de courant qui soit suffisamment important pour se diff´erencier du bruit de fond. – L’´epaisseur du d´epˆot d’Uranium doit ˆetre telle que la sensibilit´e de la chambre
`a fission finale soit de l’ordre de 10−5 cp/(n.cm−2) `a 10−6 cp/(n.cm−2).
– L’ensemble des param`etres pr´ec´edents ainsi que la tension de polarisation ap- pliqu´ee `a la chambre doivent permettre un fonctionnement `a haut flux sans que le ph´enom`ene d’´ecrantage partiel de champ ´electrique n’engendre de perte significative du signal utile ni de perte de lin´earit´e du signal d´elivr´e vis-`a-vis du flux neutronique incident.
– La nouvelle chambre `a fission doit pouvoir fonctionner de fa¸con lin´eaire, c’est `a dire avec une dispersion inf´erieure `a 5 % des mesures, entre 107 n.cm−2.s−1 et 1014 n.cm−2.s−1.
La g´eom´etrie de ces deux chambres (CFUR43 et 44) est identique `a celle de la chambre `a d´evelopper pour des questions de retour d’exp´erience industriel parti- culi`erement favorable. Il est possible de conduire cette analogie de fonctionnement entre ces trois d´etecteurs. Pour tenir les exigences de fonctionnement `a la fois sur le
r´eacteur AZUR7 et sur le r´eacteur RES8, il faut que la chambre fournisse un signal
exploitable pour un flux thermique compris entre 107 `a 1014n.cm−2.s−1. Les trois modes de fonctionnement, en impulsion, fluctuation et courant pourront ˆetre exploi- t´es sur les 7 d´ecades de flux attendus.
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La pile AZUR situ´e sur le site du CEA Cadarache permet la r´ealisation d’exp´erience de neu- tronique et la recette des coeurs pour les r´eacteurs embarqu´es.
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Le tableau 1.3 pr´esente les r´esultats simul´es pour les trois modes de fonctionne- ment `a temp´erature ambiante pour les deux d´etecteurs d´evelopp´es avec les valeurs cibles et les d´etecteurs r´eellement fabriqu´es. Les chambres `a fission CFUR54a et
CFUR54b sont les chambres simul´ees, alors que les chambres CFUR54 n°100 et 200
sont les deux chambres r´ealis´ees par la soci´et´e Photonis. La tension nominale de polarisation est de 250V pour l’ensemble des capteurs simul´es et r´ealis´es.
La mesure de la quantit´e d’Uranium r´eellement d´epos´ee dans les d´etecteurs a ´et´e r´ealis´ee par l’industriel Photonis `a l’aide d’un comptage par spectrom´etrie de par- ticules alpha ´emise par le d´epˆot d’Uranium. Un essai compl´ementaire a ´et´e r´ealis´e en 2004 permettant une mesure par dissolution en milieu acide du d´epˆot d’oxyde d’Uranium afin de caler la m´ethode de mesure de la quantit´e d’Uranium d´epos´ee, qui est utilis´ee par Photonis. Cet essai a permis de montrer une bonne corr´ela- tion entre les deux m´ethodes [LANIE 04], compte tenu des faibles masses en jeu et du proc´ed´e de d´epˆot utilis´e. La mesure absolue donne 12,27 µg pour la CFUR54
n°100, alors que la mesure par spectrom´etrie alpha donne 15,4 µg. De mˆeme, la
mesure absolue donne 6,68 µg qu’il convient de comparer aux 7,9 µg trouv´es par
la m´ethode de spectrom´etrique alpha pour la chambre `a fission n°200. La m´ethode
absolue consiste, apr`es dissolution chimique du d´epˆot, `a effectuer une spectrom´etrie de masse `a thermo-ionisation et dilution isotopique. L’isotopie des ´echantillons tes- t´es est 1,311% d’Uranium 234, 93,21% d’Uranium 235 et 0,0039% d’Uranium 236. D’apr`es ces r´esultats, il apparaˆıt que la m´ethode de caract´erisation du d´epˆot utili- s´ee par l’industriel a tendance `a sur-´evaluer la quantit´e d’Uranium (comptage par spectrom´etrie alpha).
Il apparaˆıt donc une diff´erence entre les param`etres prescrits par le CEA et les valeurs r´eelles r´ealis´ees, fournies par la soci´et´e Photonis. Lors des essais de qualifica- tion, de l´eg`eres diff´erences entre les sensibilit´es pr´evues et celles r´eellement mesur´ees ont ´et´e observ´ees. Il faut ´egalement s’attendre `a une augmentation de la valeur des sensibilit´es qui seront mesur´ees pour les trois modes et pour les deux prototypes et une baisse du flux maximal admissible, en raison d’une masse d’Uranium d´epos´ee plus importante.
La photo pr´esent´ee sur la figure 1.14 pr´esente le d´etecteur CFUR54 (`a gauche de l’image) mont´e sur son cˆable semi-rigide et raccord´e `a un connecteur HN. La figure 1.15 pr´esente un zoom sur un prototype CFUR54 avec son cˆable int´egr´e de 3 mm de diam`etre. Le cˆable utilis´e est de type 1CCAc30Si50Ω r´ealis´e par la soci´et´e Thermocoax et dont l’imp´edance caract´eristique vaut 50 Ω.
Ces simulations ont donc permis de limiter le nombre de prototypes n´ecessaires pour le d´eveloppement de la nouvelle chaˆıne d’acquisition in-core du r´eacteur RES. Les r´esultats des mesures en r´eacteur d’essai ont permis ´egalement de continuer d’affiner les r´eponses du code de simulation pr´esent´e dans la partie pr´ec´edente. En d´efinitive, l’ensemble des contraintes d’entr´ee est tenu dans une fourchette absolue inf´erieure `a 20 % pour l’ensemble des param`etres des nouvelles chambres. Le jeu de param`etres final choisi `a l’aide de ces travaux est donc une pression de 5 bars de gaz et une masse de 7µg, afin de disposer d’une sensibilit´e suffisante y compris pour
Chambre CFUR54a CFUR54b CFUR54 n°100 CFUR54 n°200
Gaz 96 %Ar et 4 % N2 96 %Ar et 4 % N2 96 %Ar et 4 % N2 96 %Ar et 4 % N2
P gaz 5 bar 7 bar 5 bar 7 bar
Masse U-235 14 µg 7 µg 12,27 µg 6,68µg
D´epˆot E (MeV) gaz 19,09 25,4 19,3 25,03
SImpulsion cp/n.cm−2) 2,13.10−5 1,09.10−5 1,8.10−5 9.10−6 SCourant1 A/(n.cm−2.s−1) 2,5.10−18 1,7.10−18 2,1.10−18 1,2.10−18 Charge pC/(n.cm−2.s−1) 0,117 0,15 0,115 0,15 SCourant2 A/(n.cm−2.s−1) 1,6.10−18 1,1.10−18 1,3.10−18 8,8.10−19 SFluctuation A2.Hz−1/(n.cm−2.s−1) 1,43.10−33 5,8.10−34 1,10.10−33 5,45.10−34 Flux max n.cm−2.s−1 1,8.1014 2,1.1014 2,1.1014 2,5.1014
Tab. 1.3 – Principales caract´eristiques simul´ees `a temp´erature ambiante des
CFUR54 prescrites par le CEA (deux premi`eres colonnes) et celles r´ealis´ees par la soci´et´e Photonis (deux colonnes de droite du tableau), masse indiqu´ee et utilis´ee est la masse obtenue par la m´ethode absolue de dissolution.
Fig. 1.14 – Chambre CFUR54 avec son
cˆable 3 mm int´egr´e
Fig.1.15 – Zoom sur la chambre CFUR54
un flux de 107 n.cm−2.s−1 et de maintenir une lin´earit´e de la r´eponse du capteur en contenant l’effet de charge d’espace `a 1014 n.cm−2.s−1.
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Modes de mesure et estimateurs statistiques as-
soci´es `a une chambre `a fission
Comme pr´ecis´e pr´ec´edemment, les modes de fonctionnement usuellement utilis´es pour les chambres `a fission sont au nombre de trois : impulsion, fluctuation, courant. Ceci permet de pouvoir couvrir l’ensemble de la dynamique de fonctionnement d’un r´eacteur avec un seul capteur.
Le mode impulsion et le mode courant sont op´erationnels depuis de nombreuses ann´ees. Le mode fluctuation ou mode Campbell, est beaucoup moins usuel, surtout pour un syst`eme industriel. La difficult´e de mise en oeuvre provient du fait que ce mode est sensible `a des param`etres comme la tension de polarisation ou le vieillisse- ment du capteur. Cette sensibilit´e est visible si l’ensemble de la bande fr´equentielle du signal est utilis´ee, c’est `a dire `a la fois la partie basse fr´equence provenant de la contribution des ions (quelques dizaines de kHz) et la partie haute fr´equence pro- venant de la contribution des ´electrons (quelques centaines de kHz). En effet, les ions sont beaucoup plus sensibles aux modifications de haute tension ou de puret´e du gaz de remplissage. En filtrant le signal issu d’une chambre `a fission, pour que seule la contribution ´electronique soit prise en compte, on s’affranchit des principales difficult´es de mise en oeuvre du mode fluctuation. Nous verrons dans cette partie la d´efinition des trois modes et leurs limitations.