Spectrométrie neutronique pratique et approche à l'aide de détecteurs ionographiques visuels

HAL Id: jpa-00243250

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00243250

Submitted on 1 Jan 1969

HAL is a multi-disciplinary open access

archive for the deposit and dissemination of

sci-entific research documents, whether they are

pub-lished or not. The documents may come from

teaching and research institutions in France or

abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est

destinée au dépôt et à la diffusion de documents

scientifiques de niveau recherche, publiés ou non,

émanant des établissements d’enseignement et de

recherche français ou étrangers, des laboratoires

publics ou privés.

Spectrométrie neutronique pratique et approche à l’aide

de détecteurs ionographiques visuels

M. Debeauvais, R. Stein, G. Rémy, J. Ralarosy, J. Tripier

To cite this version:

259.

SPECTROMÉTRIE

_{NEUTRONIQUE PRATIQUE}

ET

APPROCHE

A

L’AIDE

DE

DÉTECTEURS

_{IONOGRAPHIQUES}

VISUELS

M.

_DEBEAUVAIS,

R.

_STEIN,

G.

_RÉMY,

_J.

RALAROSY et

_{J. TRIPIER,}

Centre de Recherches _{Nucléaires, Strasbourg-Cronenbourg.}

Résumé. - A l’aide de détecteurs solides visuels, on fait une

_{spectrométrie neutronique}

entre 0 et 20 MeV. On

_{utilise : i)}

entre 0 et 10 MeV, les réactions de fission sur diverses cibles : uranium naturel et enrichi avec et sans écran de cadmium,

neptunium

et thorium ;

ii)

entre 3

et 20 MeV, les réactions

_{(n, 03B1)}

sur cibles de

_béryllium,

carbone et

_oxygène.

Les détecteurs utilisés

sont le Makrofol pour les réactions de fission et la nitrocellulose _pour les réactions

_{(n, 03B1) .}

Abstract. - A

spectrometer

for 0 to 20 MeV neutrons is made with the aid of visual solid

detectors. The

_following

reactions are

_{used : i)}

fission reactions on natural and enriched uranium with and without

cadmium,

neptunium

and thorium

_targets,

for 0 to 10 MeV neutrons ;

ii) (n, 03B1)

reactions on

_beryllium,

_{carbon and oxygen}

_targets,

for 3 to 20 MeV neutrons.

Makrofol and nitrocellulose are

_respectively

used as detectors for fission and

_{(n, 03B1)}

reactions.

REVUE DE PHYSIQUE APPLIQUÉE TOME 4, JUIN 1969,

La trace laissée _{par le passage de la}

_particule

ioni-sante, dans un haut

_polymère

utilisé comme

détecteur,

peut

être

_agrandie

et _{visualisée par} une

_attaque

chi-mique appropriée

[1].

Chaque polymère possède

un

seuil de détection _{propre pour} un

_{développement}

standard

_[2].

Nous utilisons le Makrofol

(polycarbo-nate),

dont le seuil

_{d’enregistrement}

se situe à

_5,5

X 103 MeV.

_cm2/g,

ainsi

_qu’un

nitrate de cellulose de seuil

_{correspondant}

à

_1,3

X 103 MeV.

_cm2fg.

En

spec-trométrie

_neutronique,

on se sert des réactions de fission sur cibles à seuils de fission différents et cela

_jusqu’aux

environs de 3 MeV

_{(détecteur :}

_Makrofol).

Pour des

énergies

supérieures

à 3

_MeV,

nous utilisons des

réac-tions

_{(n, oc)}

_et, comme

_détecteur,

de la nitrocellulose

qui

permet

de visualiser des «

d’énergies comprises

entre

_3,5

et

_0,5

MeV.

Techniques expérimentales.

- Les cibles utilisées

sont l’uranium

_naturel,

l’uranium

_enrichi,

le

neptu-nium et le thorium. Ces métaux sont

_évaporés

direc-tement sur le

détecteur,

ou utilisés en couche

_épaisse

selon le flux à déterminer et la méthode de

dépouille-ment utilisée

_[6].

Pour des

_énergies

de neutrons

supé-rieures à 3

MeV,

on utilise la réaction

9Be (n, 2n) 2oc

en

déposant

Be sur le nitrate de cellulose et en observant

les 2x en corrélation dans les deux feuilles de détecteur

appliquées

de

_part

et d’autre de la cible. Au-delà de 10

_MeV,

la nitrocellulose sert en même

_temps

de cible

et _{de détecteur par la mise} en évidence de la réaction

12C(n,

n’)3(x

induite sur les noyaux de carbone de

l’édi-fice macromoléculaire lui-même.

Méthode de détermination des

spectres.

- Le

dé-pouillement

du nombre _{d’événements peut} se faire par

comptage

individuel au

_{microscope optique,}

ou _par mesure

_{globale (photométrie,}

différence de transmission de la

_lumière)

_[3].

Dans une

_première

méthode de

calcul,

nous avons

_essayé

de faire une résolution _par bande

_{d’énergie,}

mais ces résultats ne sont _pas

_toujours

satisfaisants,

de sorte _que nous avons dû faire une

hypo-thèse sur l’allure du flux de neutrons en fonction de

l’énergie.

De nombreux auteurs

_[4]

ont étudié les

spectres

neutroniques

de fission ainsi _{que la} déformation de ces mêmes

_spectres

_{par des} écrans de nature diverse.

Tous ces auteurs admettent _que le flux

_rp(E)

varie comme

11E

dans le domaine

d’énergie compris

entre

0,1

X 10-6 et

_1,5

MeV et varie

_{exponentiellement}

entre

_1,5

et 10 MeV. Pour la détermination des

spectres,

nous avons

adopté

des allures de flux pour les domaines

_d’énergie

_indiqués,

mais nous avons introduit une forme de flux différente dans le cas des

_énergies

inférieures à

_{0,1 eV,}

_{domaine que} les auteurs

précédem-ment cités traitent d’une

_façon

à notre _{avis peu}

satis-faisante,

en

_supposant

le flux

_indépendant

de

_{l’énergie.}

Les études de flux de neutrons

_thermiques

ont montré que la distribution du nombre de neutrons en fonction

de

_l’énergie

_{correspondait}

à une fonction de Maxwell.

Nous avons donc

_adopté

cette allure de _{flux pour} décrire la

_répartition

des neutrons

_thermiques

de

_fission,

pour des

énergies

comprises

entre 0 et

0,1

eV

_(on

a

déterminé les conditions aux limites

_[4]).

Le nombre de bandes

_{d’énergie dépend}

avant tout

du nombre de cibles à seuil de fission différent que nous

utilisons.

_{Jusqu’à présent,}

nous avons _pu

_opérer

aisé-ment sur les cibles suivantes : uranium

_naturel,

uranium

naturel sous écran de

_{cadmium, neptunium,}

thorium

et les réactions

_{(n, oc) déjà}

citées. Le tableau I donne

un résumé des déterminations de flux

déjà

réalisées

260

avec ces détecteurs.

Lorsqu’on

se sert des réactions

_{(n, ex)}

avec des détecteurs

_plus

sensibles,

le tableau I

_indique

la méthode à utiliser en fonction des bandes

_d’énergie

à

étudier. Nous ne considérons _que les réactions

(n, ex)

donnant des événements

_{caractéristiques (par exemple}

9Be(n,2n)2~

12C(n,

n")3oc,

160(n, n’)4ex).

Une étude

particulière [5]

a été faite pour la réaction

_C(n,

_{n’ ) 3oc}

où l’on a vérifié _{que, pour} des neutrons de 14

_MeV,

le

nombre de

_{tripartitions}

était

_{proportionnel,}

en coor-données

_{bilogarithmiques,}

au flux de neutrons. La

section efficace de cette réaction étant sensiblement

constante dans la bande

_{d’énergie comprise}

entre 10

et 20

_MeV,

la détermination du nombre de neutrons est ainsi

_possible.

Les émulsions

_{ionographiques}

permettent

une

spec-trométrie fine de _neutrons,

_mais,

_malgré

toutes les

mé-thodes de discrimination

_proposées,

il reste difficile de

faire des mesures

_lorsque

le flux

_{intégré dépasse}

109

_n~cm2.

C’est

_pourquoi

la

_{spectrométrie}

de neutrons

basée sur les réactions de fission avec des cibles à seuils

et des détecteurs insensibles aussi bien à la chaleur et

aux déformations

mécaniques (onde

de

choc) qu’aux

particules ~3,

y,

accompagnant

les neutrons, reste seule utilisable sur le terrain. Ces détecteurs

_permettent

d’attendre le

_temps

nécessaire à une décontamination sans

préjudice

_pour les mesures et sans nuire aux résul-tats ; ce

qui

n’est _pas le cas _pour les méthodes

d’analyse

d’activation,

dont

_{l’exploitation}

doit être immédiate.

BIBLIOGRAPHIE

[1]

PRICE et WALKER,

J.

Appl.

Phys.,

1962, 33, 3407.

[2]

DEBEAUVAIS

_(M.)

et MONNIN, C. R. Acad. Sc., 1965,

261, 2216.

[3]

DEBEAUVAIS

_(M.),

Coll. franco-allemand sur la mesure des _{rayonnements nucléaires,}

_Regensburg,

1966.

[4]

FRENTZ

_{(C.), Diplôme d’Études Supérieures,}

Stras-bourg,

1968.

[5]

MOSINSKY

_(G.),

Thèse de 3e

cycle, Physique

Corpus-culaire, 1968.

[6]

STEIN

_(R.)

et al., Coll. intern. sur

_{l’électronique}