Post-traitement des surfaces nettes

Le logiciel GENIE 2000 permet d’ identifier le ou les radionucléides associés à un pic donné, à partir d’ une bibliothèque de données interne. Une fois l’ étalonnage en rendement d’ absorption totale renseigné, le logiciel est en mesure d’ évaluer les activités associées à chaque radionucléide. Des tests statistiques permettent alors de vérifier la cohérence des résultats à l’ incertitude de comptage près.

Or, il arrive parfois que plusieurs pics trop proches en énergie ne puissent être résolus par des méthodes numériques de déconvolution. On obtient alors un seul pic dont la surface nette est la somme des surfaces nettes individuelles. Ce type de cas de figure n’ est pas traité par GENIE 2000 qui associe à une surface nette, le radionucléide dont la probabilité d’ émission est la plus élevée. Le rapport de synthèse indique seulement la présence d’ une erreur potentielle sur l’ un des pics mais sans en chercher la cause, à la différence d’ autres logiciels tels que Visu Gamma [59], qui permettent de soustraire la contribution des pics ne pouvant être résolus à partir des autres raies γ émises par le radionucléide perturbateur. C’ est par exemple le cas du multiplet à 228.2 keV, obtenu sur des spectres de combustibles UO2 irradiés dans EOLE ou MINERVE, et qui est la somme :

- du pic du neptunium 239 (produit par capture sur l’ uranium 238) à 228.184 keV, - du pic du tellure 132 (produit de fission) à 228.16 keV.

Ce type de cas de figure est assez courant sur les spectres de produit de fission, notamment pour les mesures réalisées quelques heures après irradiation où la contribution des radionucléides à courte durée de vie est la plus importante. De plus, il arrive que selon la durée écoulée entre la phase d’ irradiation et la phase de mesure, la contribution du ou des radionucléides perturbateurs ne soient pas la même. Par exemple, le pic à 487.0 keV obtenu sur des spectres de produits de fission est constitué de :

- 96.5% du pic du lanthane 140 à 487.0 keV et 3.5% du pic de l’ iode 132 à 487.5 keV, après 2 jours de décroissance,

- 99.9% du pic du lanthane 140 à 487.0 keV et 0.1% du pic de l’ iode 132 à 487.5 keV, après 20 jours de décroissance.

Au-delà de cette problématique liée à l’ estimation des surfaces nettes, la mesure de combustibles irradiés dans EOLE ou MINERVE implique des corrections d’ autoabsorption γ que le logiciel n’ est pas en mesure d’ estimer. Ces corrections pourraient, certes, être incluses dans l’ étalonnage en rendement d’ absorption totale en corrigeant chacune des raies γ utilisées pour l’ étalonnage mais compte tenu de la diversité des combustibles étudiés (diamètre, densité, composition), le nombre de facteurs correctifs à estimer serait rapidement prohibitif.

Enfin, pour les applications développées au SPEx sur les maquettes critiques, la mesure de l’ activité d’ un radionucléide à un instant t donné n’ a d’ intérêt que si elle est rapportée à une activité à saturation, représentative d’ un taux de réaction. Si les corrections de décroissance peuvent être facilement calculées pour des lois d’ évolution purement exponentielles, ce n’ est pas le cas pour des filiations radioactives qui font intervenir des équations d’ évolution plus complexes.

Il est donc exclu d’ utiliser le logiciel GENIE 2000 pour réaliser le post-traitement des mesures de surface nette. Les différentes limitations exposées ci-dessus montrent la nécessité, dans le cadre des mesures réalisées sur EOLE et MINERVE, de garder le contrôle sur toutes les phases d’ obtention des données brutes de mesure et de proscrire toute automatisation du traitement des spectres γ.

5 CONCLUSION

Ce chapitre a permis de caractériser toute l’ instrumentation par spectrométrie γ depuis la détection des rayonnements jusqu’ à l’ extraction des surfaces nettes par le logiciel d’ analyse. Il répond aux besoins, exprimés dans la première partie de ce mémoire, de minimisation des erreurs systématiques de mesure (en particulier dues au temps mort) et de réduction des incertitudes associées.

Une étude comparative de plusieurs modules électroniques a permis de montrer les excellentes performances de la chaîne numérique DSP en comparaison des systèmes analogiques utilisés par le passé, grâce à un meilleur compromis entre la capacité de traitement et la résolution en énergie. Elle montre également sa reproductibilité et la justesse de son fonctionnement quantitatif sur une large gamme de taux de comptage. Suite à ce travail, tous les bancs de spectrométrie γ utilisés sur EOLE et MINERVE ont donc été équipés de ces chaînes de mesure.

L’ optimisation des réglages a ensuite été menée sur l’ un d’ entre eux pour satisfaire à un besoin précis, à savoir la mesure d’ indices de capture sur des combustibles irradiés dans MINERVE (cf. partie IV). L’ étude a permis de chiffrer l’ apport des chaînes numériques DSP par rapport aux chaînes analogiques passées :

- amélioration de la résolution en énergie d’ environ 20% pour une constante de temps

(shaping time) équivalente,

- justesse du fonctionnement quantitatif meilleure que 0.5% jusqu’ à 65% de temps mort,

(soit un taux de comptage d’ environ 1.5×105 s-1), à comparer au biais systématique d’ environ 40% obtenu dans les mêmes conditions avec les anciennes électroniques,

- réponse du système indépendante de l’ énergie des raies γ, contrairement aux anciennes

cartes codeur PCA3 où le biais sur la correction de temps mort était proportionnel à l’ énergie. Dans la dernière partie de ce chapitre, une étude de sensibilité du logiciel GENIE 2000 aux méthodes d’ analyse des spectres, a été présentée. Elle a permis de qualifier les calculs de surface nette de pic en terme de justesse du résultat, et en terme de représentativité de d’ incertitude, à partir de cas représentatifs des spectres γ habituellement rencontrés. Il ressort de cette étude, les principales avancées suivantes :

- recommandations sur le choix des paramètres d’ analyse, notamment sur la largeur de

région d’ intérêt et sur les méthodes de soustraction et d’ évaluation du fond continu,

- justesse des modèles de soustraction du fond continu à moins de 1% jusqu’ à un rapport

fond sur pic Hf / Hp = 4 dans le cas d’ un fond plat (modèle linéaire), et jusqu’ à Hf / Hp = 0.5 dans le cas d’ un front Compton (modèle escalier),

- justesse du module de déconvolution de multiplets à moins de 1%, quel que soit l’ écart en

énergie des pics (de 1× à 4× LTMH) et leurs surfaces nettes relatives (de 0.25 à 2.5).

L’ étude met également en lumière l’ inadaptation du logiciel GENIE 2000 pour réaliser le post-traitement des spectres γ, pour les mesures réalisées au SPEx. Autrement dit, une fois les surfaces nettes obtenues, des méthodes d’ analyse doivent être développées pour remonter à la grandeur physique d’ intérêt. Ce point particulier fait l’ objet du chapitre suivant qui vise à figer une méthodologie de traitement des mesures de taux de réaction par spectrométrie γ de pic particulier.

CHAPITRE 2 :

METHODOLOGIE DE TRAITEMENT DES