- Note CEA-N Centre d'etudes Nucléaires de Fontenay-aux-Roses Département des Etudes de Piles Service d'etudes de Protections de Piles

- Note CEA-N 813 -

Centre d'Etudes Nucléaires de Fontenay-aux-Roses Département des Etudes de Piles

Service d'Etudes de Protections de Piles

ETUDE EXPERIMENTALE DE PROTECTION LATERALE

EN FER - BETON ORDINAIRE POUR LES REACTEURS A EAU LOURDE

par

Michel LOTT, Pierre PEPIN, Lucien BOURDET, Jacques CAPSIE

- Novembre 1967 -

Centre d'Etudes Nucléaires de Fontenay-aux-Roses Département des Etudes de Piles

Service d'Etudes de Protections de Piles

ETUDE EXPERIMENTALE DE PROTECTION LATERALE

EN FER - BETON ORDINAIRE POUR LES REACTEURS A EAU LOURDE

par

Michel LOTT, Pierre PEPIN,

Lucien BOURDET, Jacques CAPSIE

I. - INTRODUCTION. -

II. - MAQUETTES REALISEES. -

III.- SONDES ET DETECTEURS UTILISES.

IV. - POSITIONNEMENT DES SONDES ET DES DETECTEURS, V. - EXPERIENCES REALISEES. -

VI. - RE MARQUES EXPERIMENTALES. - VII. - TABLEAUX ET PLANCHES. -

-1-

ETUDE EXPERIMENTALE DE PROTECTION LATERALE

EN FER - BETON ORDINAIRE POUR LES REACTEURS A EAU LOURDE

I, - INTRODUCTION. -

Dans le cadre des études sur les protections de reacteurs à eau lourde nous avons étudié dans le dispositif Nai'ade I (Ensemble sous

critique UO - D O décrit référence /!/) des protection latérales constituées

£* âà

d'acier puis de béton ordinaire.

II. - MAQUETTES REALISEES. -

Nous avons réalisé les maquettes suivantes:

5 cm acier 80 cm béton.

10 cm acier 80 cm béton.

15 cm acier 80 cm béton.

20 cm acier 80 cm béton.

30 cm acier 80 cm béton.

40 cm acier 80 cm béton.

Ces maquettes ont été réalisées à l'aide de plaquesd¹ acier de 5 cm d'épaisseur, de dimensions latérales 2 m x 2 m ainsi que de dalles de béton de 20 cm d'épaisseur de dimensions latérales 2 m x 2 m (pi 1).

Ces maquettes étalent montées contre la face arrière de l'ensemble sous - critique. Elles s'appuyaient sur le béton de protection de ZOE PL 1.

III. - DETECTEURS ET COMPTEURS EMPLOYES. -

Les mesures de flux de neutrons ont été faîtes au moyen de détecteurs d'actïvatlon /2/ , de compteur proportionnel au BF .

o

Les mesures de dégagement d'énergie due aux rayons gamma à l'aide de chambres d'Ionisation.

«

1.- Détecteurs de neutrons rapides.

On a utilisé des détecteurs de soufre S ( n, p ) Les flux sont exprimés en flux de fission équivalent

'o

= Section efficace moyenne sur le spectre de fission.

Remarque: Les détecteurs de faible activité ont été comptés par la méthode du brûlage /3/.

2.- Détecteurs de neutrons Intermédiaires. -

On a utilisé des détecteurs de manganèse (rtVjV) et d'or mis sous boîtier de cadmium (épaisseur : 1 mm)

Les flux sont exprimés en flux par unité de léthargie.

I = intégrale de résonance.

3.- Détecteurs de neutrons thermiques. -

Nous avons utilisé des détecteurs de manganèse (^

Les flux sont exprimés en flux thermique équivalent ( v = 2 200

0

Les détecteurs sont mesurés à la salle de comptage SEPP /4/.

4.- Compteur proportionnel au BF . -

^ ™" ^ *«•«• ^.««BÉaBV^^^iBB^B^BHm^^V^BVM, J

II utilise la réaction (/l\^;d) sur le bore 10 dont la section efficace est en •CTBT sans résonance.1

Le compteur a été utilisé avec un manchon de cadmium.

Les flux sont exprimés en flux thermique équivalent (V = 2 200

5 . - Chambres d'ionisation. -

Ce sont les sondes employées sur le réacteur Harmonie pour

"<

les expériences de protection /5/6/.

Soit une sonde à paroi d'aluminium.

Soit une sonde à paroi d'acier.

Ces sondes ont été modifiées pour être remplies de C O (circulation)

Cà

(moindre sensibilité aux neutrons thermiques ).

Leur forme plate, rectangle 10 x 25 cm, 1 cm d'épaisseur les adapte bien à des mesures entre plaques et dalles des maquettes.

Le dégagement d'énergie est exprimé en watt par gramme du matériau dont est constitué la sonde.

IV. - POSITIONNEMENT DES DETECTEURS ET SONDES. -

1.- Positionnement des détecteurs dans l'acier. -

Les plaques d'acier sont trouées en leur centre ( <to = 5 cm) (PL l) Les trous pouvant être bouchés avec des rondins.

Les détecteurs sont mis entre les rondins.

Précision du positionnement + 1 mm.

2.- Positionnement des détecteurs dans les dalles de béton (PL 1).-

•

Deux dalles sont trouées en leur centre (4 créneaux de 5 cm) d'épaisseur de dimensions latérales 5, 10, 15, 20 cm, auxquels corres-, pondent 4 bouchons. Il existe plusieurs séries de ces bouchons ayant des logements pour détecteurs de tailles différentes :

= 3, 5 cm. e = 3 mm pour les détecteurs d'or et de manganèse

= 2 cm. e = 5 mm pour les détecteurs de soufre.

= 1 1 cm. e = 2 et 3 cm pour les détecteurs de soufre (Pave).

-5-

Les autres dalles ne comprennent que des logements sur les 2 faces.

a? = 5 cm. e = 3 mm.

Le positionnement de pavés de soufre s'est donc fait en écartant les dalles.

3.- Positionnement des compteurs et sondes.-

Le positionnement a été fait en écartant les plaques ou dalles à l'endroit de la mesure. ( e = 4 cm).

V . - EXPERIENCES REALISEES.-

Maquette 5 cm d'acïer

Manganèse

Manganèse et or sous cadmium or sous cadmium

Soufre sous cadmium BF sous cadmium

80 cm de béton. -

Dates. Planches Tableaux

2-11-66 18-10-66 18-12-10-66

2-3-11-66 21-12-66

2 3& 4

4

4 4

1 3& 5

5 8 7

Maquette 10 cm d'acier 80 cm de béton. -

Manganèse

Manganèse et or sous cadmium Manganèse sous cadmium Soufre et or sous cadmium

8-11-66 12-12-66

9-11 ' 8-9 &

9-10-11-66

2 3& 5

3 5

1 3& 5

5 8& 5

Maquette 15 cm d'acier 80 cm de béton. -

»

Manganèse

Manganèse et or sous cadmium Manganèse et or sous cadmium

14-11-66 15-11-66 13-12-66

2 3& 6 3& 6

1 3& 5 3& 5

- 7-

Soufre et or sous cadmium

cd

Maquette précédée d'un écran de boral

Sonde gamma

Ensemble, sous critique puis maquette

Sonde gamma

Maquette précédée de 9 cm de plomb puis d'un écran de boral

Sonde gamma

Dates

14-15 &

15-16-11-66 21-12-66

23-1-67

18-1-67

25-1-67

Maquette 20 cm d'acier 80 cm de béton.-

Planche s

11

12

10

Tableaux.

8& 5

10

11

Manganèse

Manganèse et or sous cadmium Soufre et or sous cadmium

Manganèse et or sous cadmium

21-11-66 23-11-66 21-22

&

22-23-11-66 13-14-12-66

2 3& 7

7

3& 7

2 4& 6 8& 6

4& 6

Maquette 30 cm d'acïer 80 cm de béton. -

Manganèse

Soufre et or sous cadmium Manganèse et or sous cadmium

28-11-66

30-11-66 30-11-66

2 8 3& 8

2 8& 6

4& 6

Maquette 40 cm d'acier 80 cm de béton. -

Manganèse

Manganèse or soufre sous cadmium

Manganèse or sous cadmium cd

Dates

5-12-66 5-6 &

6-7-12-66

7-12-66 22-12-66

Planche s Tableaux

3& 9

3& 9

4 , 6 & 8

4& 6

-9-

VI.- REMARQUES EXPERIMENTALES. -

1.- Les pentes expérimentales sont les mêmes pour toutes les maquettes pour;

Le manganèse nu dans le béton. A = 0, 108 cm Les détecteurs epïthermïques dans le béton. ^ = 0, 124 cm*

Les détecteurs rapides dans le fer. A - 0, 173 cm Les détecteurs rapides dans le béton. ^ = 0,09 cm

2.- Le spectre des neutrons en ralentissement ne se modifie pas dans l'atténuation des neutrons dans les maquettes. Il reste proche d'un

spectre en -=r . Cela découle:

Jii

a) De la réponse confondue des détecteurs de manganèse et d'or sous cadmium.

b) De la réponse du BF / cd étalonné en thermique (réponse deux fols plus faible que celle du manganèse sous cadmium.)

Manusovit reçu le 19 juillet 1967

VII. - BIBLIOGRAPHIE. -

/!/ Etude de l'ensemble sous critique eau lourde - oxyde d'uranium naturel» DEP/SEPP/567/P. P. PEPIN, L. BOURDET.

/2/ Mesure des flux de neutrons thermiques intermédiaires et rapides au moyen de détecteurs par activation. Rapport CEA N° 2 491 (1964) J. BRISBOIS, M. LOTT, G. MANENT.

/3/ Mesure des flux de neutrons rapides de faible intensité au moyen de la réaction n,p sur le soufre. Séparation du P par brûlage.

ÔLt

(Rapport à paraître)

/4/ Technique et utilisation de la salle de comptage et dépouillement mécanographique. DEP/SEPP/411/65. G. MANENT, R, COUTANT, F.MAUBACQ.

/5/ Dispositif de mesure gamma destiné à l'étude des pentes.

(Reacteur Harmonie). DEP/SEPP/505/P. B. DE COSNAC, J.P. NOËL

/6/ ChaïiïO portable, chambre d'Ionisation, amplificateur à courant continu poù.r mesures des taux de doses gamma dans les protections.

DEP/SEPP 433/P/65. B. DE COSNAC, J.P. NOËL.

Ltude paramétrique de I atténuation oies neutrons Dans la, maauelle Fer* - Béton

: neutrons issus cLe I ensemble -soa^s . c r i t i q u e Flux thermique a, i' i. ' i (- i i s / *r£ „ -4 ' -l' '

I entrée d.e c e t e w s « w > b l e O.4- 4° 1 • <£•"" . s

_ Détecteurs : Mn nus donnant un Flux équivalent a, V ; 2 2 O O m . >s~

: Origin» oLes diste.nces lace a v a n t ae la macjUette

Etude pat-a. me-tviaue e f f e c t u é e a v e c ,5"c>n • -iO «tin f5"e.vrt de Fer

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Dans la maûuelie tt Fer -Béton

.Source: neutrons issus cLe I ensemble ..sous c r i t i a o e / r l u x tnevm.iaue a.

l'entrée da cet ensemble 34- AO " • c*n~ . 3~

„ Détecteurs: Mh M.US donnant un Flux ccjui ent i V z 5200 w.s'¹

.Nota»: Orioinc des distances Face a v a n t cLe la tnaauette

Etude pa.ra.vwe tv-i <pe e f f e c t u é e Q.VCC- £0 c.m • 3O em • 4-° cvn Jc t e v plus 8O cm de B é t o n

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Ltuole parametriciue de 'attenuation des neutrons Dans la maquette per - Be t o n

T 3

: neutrons fis us de I ensemble .sous critique , F I " * 4 h e n r t i q u e a,

.1 . / , h a T « / x I

I e n t r e e d« cet .10 n . cm"

DetecteUr.S:Mh /C«j d o n n a n t un flu* par unite «le l é t h a r g i e Nota.; O r f q i n e des eltstaMCC5 face a v a n t oie lo. m a q u e t t e

Efuole pa»-a*»ie t i - i a u o e f f e c t u e * a v e c *5"ew . -1O e"-» • -15" e-m c/e Fey plu5 50 cw de Béton '

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Dans la mcxauette Fer - Béton

— Source: neutrons issus aie. \ ensemble sous c r ï t l o u e I e n t r e e de cet e n s e m b l e 3^.10 n . ccvf . 5 "

F l u x t h

«. Dâte&t ÔUK.S : Nn /CJ d o n n a n t un plox pal- u n i t é oie

«Nota-: O t - i c j i h e des d i s t a n c e s f a c e L t w c J e para.vr>a t v i q u e e f f e c t u é p l u s 80 cm de Béton

a v a v < t ole la V n a - C l U e t t e l u ê e avec 2.O em • 3Ocvn •

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Ltuae pa.roimétric|ue de I attenuation des neutrons

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Dan6 la m a q u e t t e Fer - B é t o n

: neutrons issus de |ense*"a'c- sous - c*-îti«ue F l u x t n e r v n i q u e à.

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: O f i q i n e des di-s tances ra.ce a v a n t de la m a , c j u e i t e

Etuae p a r a m e t r i a u e e f f e c t u é e avec ^ û m • 'lO cw -15cm d e Ter plus âÛ cm de B é t o n

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Dans la m a q u e t t e Fer - P e t o n

: neutrons issus de ^ensemble ^ouj - critiaue r l u x tnermic^ue a.

ée de cet en-semble -3^.40 . n.. crn . _s~

Détecteurs : Au /Cd '1

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Nota. : O t M q i m e des dj&tances face av<xnb de la i n a a u e t t e

EX-ucle param ct*-i QUC e f f e c t u é e avec £O cm 3O cm ^ 4O Cm de fe i" p | u 5 00 or» al e 5 « t o M

JLO cm de Fer

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1,03 . 104

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3,10 . 103

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8 93 . 10

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4-Ocft, Je Fer + 80cm de Béton

D i s t a n c e s en cm

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3 O2 . <lO3

1,94 . do5

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p d r a w é t r i q u é de 1 o u t t e n u a t i o n <ies neutrons T Dans la maquette Fer - Be bon

>Soui*CÔ : neutrons issus de l ansetnlole -sous - c r i t j a u e P l u x I entree oie cet en.se m We 34-. 1O n.c.*n - S

Det$C.t«Uri; BRs /CJ d o n n a n t on Flu* é c j u / v a l e n t <il/..22OO »n . j N o t û U \ Or] a'ine aes a'istances l o - c c a v a n t ie 'a m a o y e l t e

Etude p a v a n é tv-i'oue e p r e c t u c e avec -15 cm 00 cm «e &e

à.

de f r

-5"cm de Fe v + 80 cm <Ja freton D i s £oAr\ c « $

en c.wp

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5

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4,9 . 40*

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15c.»n de Fer + 80cm cU Beton Pis t a n c e s

en cm

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35 5S 75

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D i s t a n c e s en cm

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_{/ *} 3

1 160 . 10 i ^T -inJ. oO . JJJ

Dans la maquette Fer - Béton

_ Source : neutrons issus die I ensemble .sous c r i t i q u e , i l o x t h e r m i c j u e à.

l ' e n t r é e de cet e n s e m b l e 3,4 .10^ n .cm", _s~

_ Détecteurs : .S/Cd un w x a ui v a l e n t oLc Fissionfl Not CL : O n g i n e des distances race avant oLe la m a a u ette

Etude paramétrique effectuée avec ,5c*n <LOcm 15" cm 2.0cm 3Ocm

. __ l • i o /*-

d.e re»- plus 00 cm de béton

•5am de Fer -j- 80cm de Béton Pis t a n c e ç

en cn\

0 3,6 é

,7 13,4

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Flux

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6,91 . 104

4,16 . lo*

9,36

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1,32

. 1C³

20«» de Fer -t- 80cm aie Béton Distances

en cm 0

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31,3 38,7

Flu*

ÎLl.î-t. LS- tt-W 1,10 . 105

5 09 . lo* i ' 2,15 . 10*

9 09 . lo

3

4,27 . lo

³

9,36

. 10²

4,69

. . 10²

40cm Je ffer + 80cm de Béton D i s t a n c e s

en cm O

Sf

^

21,6 18,4

FJux

3- 3 , 1 0 - II/. 6 &

1,1V . */

3" 2o . lu

1,77 • ^

683 . 10

³

3,57 . lo

³

3Oan de Fé r -f- 80 cm aie Béton D'istanees

en cw

0

V

19,3 29

Flux

1 14 . ±0f

Z 21 .10*^

3,70 . ao

3

6,07 . io

²

15cm de Fer + ÔOon de Béton P'ista.nces

en c."n O 3

é/5

14,5 26

^/é 334

F l u x

u- iç- 16. n_ té,

d,13 .«f

7,04 . lo

⁴

406 . 10*/

9,51 . 10

³

2 51 . 10

³

1,33 . lu

3 40cw de Fer ^ 80cm de Béton Distances

0

9,5 19,2

29

Flux

l.tf .10*

1,99 . 10*

384- . 10

³

5)62 . lo

^£

Mesure de I énergie V dissipée dans la m ex Que r 9

15cm de Fer + 60cm de B é t o n

unsemlole .sous critiaue plus 9em de Pb plus Dore

Chambre fer à circulation de CO^ pour les mesures effectuées dans le rer Chamlov-e Aluminium à. circulation de CO^ pour les inesures e f f e c t u é e s da«s le Bet

Les résultats ae I e x p é r i e n c e sont donnes en : _ W/Q de Fer dans le Fer

> W/Q d.' Al dans le B é t o n

O r i q i n e des distancej face avant de la m a q u e t t e à '

U

D i s t a n c e s en cm

0

£ 10 Iff

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Cd |

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.11 9,94- . 40

7,9 . 10-

44

W/Q d' Al

7,43 . 10

.'41

2 ,85 . 10

-41

Cd 4

W/q de Fer

7,54 . 10

g

3,4-2. . 10~

⁹ 3,6 . 10_4o

3

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72

. 10-10

w/j oL' Al 3 o "1 . 10-do

8 9 9 .10 44

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W/O de . Fer

6,40 . 10- 9

1,09 . <LO "⁹

2

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81

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2,93 . 10"

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w/j d

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A l 2,76 . 10

.40

6,14- . 10"41

15cm etc Fer 4- 8Ocm de Béton

Ln semble £005 eritïaue. plus Dore

C h a m b r e Fer a. c i r c u l a t i o n d.e CC^ poor les m e s u r e s errec/tuees d a n s le Fer Cnombre A l u m i n i u m a c'ireu l a t i o n de C0j> pour les mesures effectuées ({ans le De.ton

Le5 r é s u l t a t s oLe I e x p é r i e n c e .sont d o n n e s en : , W / q de Fer cLan^ le f e r

- W / 0 d.' Al clan5 le béton

û r ' i q i ^ e des d i s t a n c e s face a v a n t cLe la m a q u e t t e

l

; 2.3- U

Ois t"ance s en cm

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15

45

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a 1 0£5 . 1C"

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•>0 -10

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Mesure de I énergie Y dissipee dans la maouette 15 cm de Fer -h SO cm de Béton

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;î CUVE A y£AU LOURDE

_ CADRE EXPERIMENTAI

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ÇUVE AXOViRir

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