Thèses sur le sujet « Section efficace, (n, n’γ) »

Dans le contexte du développement des réacteurs de génération IV, des données nucléaires précises sont requises. Dans ce travail de thèse, on s’intéresse en particulier à la section efficace de diffusion inélastique (n, n’) pour les noyaux d’233U et d’238U. L'analyse des données de GRAPhEME, dispositif combinant les méthodes de la spectroscopie-γ prompte et du temps de vol, ont permis d’obtenir, pour la première fois, 12 sections efficaces 233U(n, n’γ). Une modélisation des sections efficaces de ces deux isotopes (233U et 238U) a été réalisée avec le code de réaction nucléaire TALYS. Dans le cas de l’238U, l’implémentation de nouveaux modèles permet un meilleur accord calcul/mesure pour les sections efficaces (n, n’γ). Il a été montré cependant que cela n’influe pas sur la section efficace (n, n’). Enfin, une évaluation des incertitudes des sections efficaces de réaction pour l’238U menée avec CONRAD compare différentes méthodes afin de propager les incertitudes expérimentales aux paramètres des modèles via l’inférence Bayésienne
In the context of the development of generation IV nuclear reactors, precise nuclear data are needed. In this work, we study in particular inelastic scattering cross section for 233U and 238U nuclei. From the analysis of data from GRAPhEME, an experimental device combining prompt γ- spectroscopy and time of flight, we obtained for the first time 12 233U(n, n’γ) reaction cross sections. Cross sections modelling has been performed for both isotopes (233U et 238U) with the nuclear reaction code TALYS. In the 238U case, the implementation of new model in the code highlighted better agreement calculation/experiment for (n, n’γ) reaction cross sections. Despite this result, no change in the total inelastic scattering cross section has been seen. Finally, a cross sections uncertainties evaluation has been done with CONRAD, comparing different methods of propagating experimental uncertainties to model parameters via the Bayesian inference

SCALP (Scintillating ionization Chamber for ALpha particle production in neutron induced reactions) est un dispositif expérimental conçu pour la mesure de la section efficace de la réaction O-16(n,alpha)C-13. Cette réaction fait partie de la HPRL (High Priority Request List) de la NEA. Elle est très importante pour la physique des réacteurs car la production d'hélium a des conséquences sur le fonctionnement des réacteurs électrogènes à neutrons thermiques et neutrons rapides.Les simulations Monte Carlo effectuées avec Geant4 montrent que le dispositif conçu (une chambre d'ionisation scintillante entourée de quatre photo-multiplicateurs) est apte à la mesure de la section efficace. Les sections efficaces des réactions O-16(n,alpha)C-13 et F-19(n,alpha)N-16 (réaction nucléaire étudiée pour la normalisation en section efficace) entre le seuil en énergie et 10MeV peuvent être mesurées expérimentalement avec une erreur relative minimale de 15%.Toutefois, il faudra en améliorer les performances pour obtenir de plus faibles incertitudes comme requis par la NEA : une mesure de la section efficace de la réaction O-16(n,alpha)C-13 avec une précision inférieure à 10%
SCALP (Scintillating ionization Chamber for ALpha particle production in neutron induced reactions) is an experimental device conceived to measure the cross section of the n-induced reaction on oxygène O-16(n,alpha)C-13. This latter reaction belongs to the HPRL (High Priority Request List) NEA list and is relevant in reactor physics because of the helium production affecting important fast and thermal neutron reactor's parameters.The Monte Carlo simulations with Geant4 showed that the device (a scintillating ionization chamber surrounded by four photomultipliers tubes) can measure and discriminate the different reactions inside the scintillating ion chamber. Cross section of O-16(n,alpha)C-13 and F-19(n,alpha)N-16 (used for cross section normalisation) reactions between the energy threshold and 10MeV could be experimentally measured with a 15% relative accuracy. However some improvement will be necessary to obtain lower uncertainties as requested by the NEA : O-16(n,alpha)C-13 cross section measurement with a accuracy better than 10%

L’étude des réaction (a,g) d’intérêt astrophysique est vaste. Ces réactions ont un rôle important dans la phase de fusion d’hélium des étoiles, dans la nucléosynthèse au moment du big bang ainsi que dans une grande partie des scénarios d'explosions stellaires. L’étude des réactions (a,g) impliquant des faisceaux stables peut être réalisée de diverse façon. Je me suis concentrée sur deux d'entre elles. La première est l’étude en cinématique directe en détectant les rayons gamma produits. C'est ce que j'ai fait durant ma thèse pour mesurer la section efficace de 7Li(a,g)11B. Cette réaction a été étudiée au cours des années pour différentes raisons en astrophysique nucléaire. Par exemple, il a été postule que cette réaction pourrait résoudre, au moment de la nucléosynthèse du big bang, le problème du Lithium. Il est clair, aujourd'hui, que ce n'est pas la solution, cependant, elle a un rôle dans la production de boron lors des supernovae de type Ic. Une autre façon d’étudier les réactions (a,g) est d'utiliser la cinématique inverse. L’idée est d'envoyer un faisceau d'ions lourd sur une cible d’hélium. Ce type de cinématique permet de détecter, avec une bonne efficacité, le noyau lourd de recul produit si le faisceau qui n'a pas interagit avec la cible, en est correctement séparé. Les séparateurs de masses, comme St. George, sont construit dans ce but. St. George sera impliquer dans la mesure de sections efficaces de réaction d’importance pour le processus s comme 16O(a,g)20Ne
The study of (a,g) reactions of astrophysical interest is quite vast. These reactions play an important role in the quiescent Helium burning phase of stars, in big bang nucleosynthesis and in most explosive stellar scenarios. The studies of (a,g) reactions involving stable beams are performed in various ways. I have been concentrating on two of them. The first one is studying these reactions in direct kinematics by detecting the produced gamma rays. This is what I did during my thesis to measure the cross section of 7Li(a,g)11B. It has been studied throughout the years for several purposes in nuclear astrophysics. For example, it was postulated it could solve the big bang nucleosynthesis Lithium problem. Nowadays, it is clear it does not.However, this reaction plays a role in the production of Boron during type Ic Supernovae. Another way to study (a,g) reactions is to use inverse kinematics. The idea is to send a heavy element beam on a Helium target. This kind of kinematics allows for the detection, with good efficiency, of the heavy recoil product if the beam that did not interact in the target is properly separated. Recoil mass separators, like St. George, are built for this purpose. St. George will be involved in measuring cross sections of reaction important for the s-process like 16O(a,g)20Ne

Nous présentons des mesures de section efficace de réaction, obtenues par la technique directe, pour des dizaines de noyaux riches en neutrons (N-->Ar). Nous présentons les résultats de mesures de 19 nouveaux rayons (sections efficaces de réaction) obtenus en utilisant la paramétrisation de S. Kox. L'augmentation brutale des rayons des deux noyaux de 35Mg et 44S par rapport à ses voisins nous indique l'existence du phénomène à halo. En plus, le modèle de Glauber, modifié en ajoutant les contributions de la fonction de profil et de l'effet de la répulsion coulombienne, est utilisé dans une deuxième analyse. Les nouveaux donnés à énergie intermédiaire nous ont permis de déconvoluer les effets de taille (rayon moyen) et de distribution de matière (diffusivité) de chaque noyau. Par conséquent, les premiers résultats de calculs des rayons carrés moyens montrent un effet de peau, qui peut aller jusqu'au 0. 4 fm, dans les noyaux de Sodium et de Magnésium.

Le cycle du thorium (232Th/233U) présente des caractéristiques moins polluantes que celui utilisé actuellement dans les combustibles des réacteurs nucléaires (U/Pu). Depuis une dizaine d'années, il fait l'objet d'un vaste programme de mesures dont l'objectif est d'atteindre une précision des données neutroniques des noyaux clés du cycle (232Th, 233Pa et 233U) comparable à celles du cycle U/Pu. Ce travail s'inscrit dans ce cadre d'études et consiste à mesurer les sections efficaces de fission induites par neutrons rapides (de 1 à 7 MeV) des noyaux 232Th et 233U avec une incertitude inférieure à 5 %. Ces mesures impliquent de déterminer le taux de fission émis par la cible, le nombre d'atomes composant la cible et le flux de neutrons arrivant sur celle-ci. Cette dernière quantité a été obtenue en utilisant comme réaction de référence, la diffusion élastique (n, p) dont la section efficace est la mieux connue sur un large domaine en énergie de neutron (~ 0,5 % de 1 eV à 50 MeV) comparée à celle de la réaction 235U(n, f). Cette technique a été appliquée pour la première fois à ces deux noyaux. Un modèle statistique de type Hauser- Feshbach a été également développé dans ce travail. Il a permis de décrire les différentes voies de désexcitation du noyau composé 234U pour des énergies de neutron de 0,01 à 10 MeV. Les paramètres de ce modèle ont été ajustés afin de reproduire la section efficace de fission mesurée de 233U. A partir de ces paramètres, les sections efficaces des réactions suivantes ont pu être extraites : diffusion inélastique 233U(n, n'), capture radiative 233U(n, γ) et 233U(n, 2n). Ces sections efficaces évaluées, dont les mesures sont encore difficilement réalisables, permettent de combler le manque de données expérimentales concernant 233U, le noyau fissile de la filière thorium.

La réponse d'un détecteur de neutrons varie avec l'énergie du neutron incident. La détermination expérimentale de cette variation se réalise au moyen de champs neutroniques monoénergétiques. Ceux-ci sont produits par l'interaction entre un faisceau d'ions accélérés et une cible fine constituée d'un dépôt réactif sur un support métallique. En utilisant différentes réactions telles que 7Li(p,n), 3H(p,n), 2H(d,n) et 3H(d,n), il est possible de produire des neutrons entre 120 keV et 20 MeV dans la direction du faisceau incident (0°).Pour atteindre des énergies inférieures, il est possible d'augmenter l'angle du point de mesure par rapport à la direction du faisceau d'ions. Cependant, cette méthode présente des problèmes d'homogénéité en énergie et en fluence des neutrons à la surface du détecteur, ainsi qu'une augmentation de la proportion de neutrons diffusés. Une alternative est l'utilisation d'autres réactions nucléaires, notamment la réaction 45Sc(p,n) qui permet de descendre jusqu'à des énergies de 8 keV à 0°.Une étude complète de cette réaction et de sa section efficace a été menée au sein d'une coopération scientifique entre le laboratoire de métrologie et de dosimétrie des neutrons (LMDN) de l'IRSN, deux instituts de métrologie européens, le NPL (National Physical Laboratory, RU) et le PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt, All), et l'IRMM (Institute for Reference Materials and Measurements, CEE). Parallèlement, d'autres réactions envisageables ont été étudiées : 65Cu(p,n), 51V(p,n), 57Fe(p,n), 49Ti(p,n), 53Cr(p,n) et 37Cl(p,n). Elles ont été comparées en termes d'émission neutronique et d'énergie minimale des neutrons produits.

Dans l'optique d'un développement durable du nucléaire, un des thèmes de recherche du CNRS dicté par la loi Bataille de 1991, est l'étude d'une nouvelle filière nucléaire utilisant un combustible à base de minerai de Thorium (232Th) où le noyau fissile est l'233U. Le principal intérêt de ce type de combustible réside dans sa particularité de produire les déchets transuraniens en beaucoup plus faible quantité que les réacteurs à eau pressurisée actuels. Cependant certaines données nucléaires importantes concernant cette nouvelle filière sont très mal connues comme par exemple celles relatives au noyau charnière Protactinium 233 (233Pa). Sa période de 27 jours lui confère un rôle particulier dans le cycle mais en raison de sa trop forte activité l'étude de ce noyau relève du défi expérimental. Pour contourner cette difficulté, la probabilité d'émission de rayonnements gamma dans la réaction induite par neutrons 233Pa(n,γ) entre 0 et 1 MeV d'énergie neutron a été déterminée à partir de la réaction de transfert 232Th(3He,p)234Pa*. Le dispositif de mesure permettait d'identifier la particule de sortie signant ainsi la voie de réaction tandis que des scintillateurs de type C6D6 permettaient la détection en coi͏̈ncidence des rayonnements gamma émis. La méthode d'analyse des évènements gamma a nécessité la pondération des spectres de photons par des fonctions mathématiques calculées dites "fonctions de poids". Leurs déterminations requièrent néanmoins une connaissance parfaite du comportement des scintillateurs (efficacité, fonctions de réponse) dans la géométrie choisie. Pour ce faire une étude préliminaire a été réalisée à l'aide de sources gamma et avec des réactions induites par protons sur des noyaux légers. Les simulations utilisant le code de transport MCNP ont été validées par les résultats expérimentaux.

Pour atteindre les objectifs de précision des simulations de réacteurs, des données nucléaires précises sont nécessaires, particulièrement pour les futurs réacteurs. Dans ce travail de thèse, une étude approfondie des réactions (n,xn) sur le 232Th a été réalisée par la méthode de la spectroscopie gamma prompte associée a la technique du temps de vol. Les sections efficaces de 81 (n,n'γ), 11(n,2nγ) et 7 (n,3nγ) ont été obtenues pour des énergies de 0,2 a 20 MeV, ce qui étend considérablement la gamme d’énergie couverte par les données expérimentales. De plus, l'impact de l’incertitude des sections efficaces sur la simulation de systèmes nucléaires a été examiné pour les isotopes du cycle du thorium 232Th et 233U en utilisant les logiciels MCNP et SERPENT. Ce travail a montré que l’incertitude sur la section efficace de diffusion inélastique (n,n’) du 232Th est la source d’incertitude principale pour plusieurs paramètres de réacteur
To attain target precisions in reactor simulation, accurate nuclear data are needed, especially for future reactors. In this work, a thorough study of (n,xn) reactions on 232Th has been realised using prompt gamma spectroscopy associated with time of flight method. Cross sections of 81 (n,n'γ), 11 (n,2nγ) and 7 (n,3nγ) have been obtained for energies from 0,2 to 20 MeV, thus expanding considerably the energy range covered by experimental data. Moreover, the influence of cross sections’ uncertainties on nuclear system simulation has been studied for thorium fuel cycle isotopes 232Th and 233U using MCNP and SERPENT codes. This work has shown that uncertainty on inelastic scattering (n,n’) for 232Th is the main contributors to uncertainty of several reactor parameters

Dans l'optique d'un developpement durable du nucleaire, un des themes de recherche du CNRS dicte par la loi Bataille de 1991, est l'etude d'une nouvelle filiere nucleaire utilisant un combustible a base de minerai de thorium ($^(232)$Th) ou le noyau fissile est l'$^(233)$U. Le principal interet de ce type de combustible reside dans sa particularite de produire les dechets transuraniens en beaucoup plus faible quantite que les reacteurs a eau pressurisee actuels. Cependant certaines donnees nucleaires importantes concernant cette nouvelle filiere sont tres mal connues comme par exemple celles relatives au noyau charniere protactinium 233 ($^(233)$Pa). Sa periode de 27 jours lui confere un role particulier dans le cycle mais en raison de sa trop forte activite l'etude de ce noyau releve du defi experimental. Pour contourner cette difficulte, la probabilite d'emission de rayonnements gamma dans la reaction induite par neutrons $^(233)$Pa(n,$\gamma$) entre 0 et 1 MeV d'energie neutron a ete determinee a partir de la reaction transfert $^(232)Th(^(3)He,p)^(234)Pa*$. Le dispositif de mesure permettait d'identifier la particule de sortie signant ainsi la voie de reaction tandis que des scintillateurs de type C$_(6)$D$_(6)$ permettaient la detection en coincidence des rayonnements gamma emis. La methode d'analyse des evenements gamma a necessite la ponderation des spectres de photons par des fonctions mathematiques calculees dites "fonctions de poids". leurs determinations requierent neanmoins une connaissance parfaite du comportement des scintillateurs (efficacite, fonctions de reponse) dans la geometrie choisie. Pour ce faire, une etude preliminaire a ete realisee a l'aide de sources gamma et avec des reactions induites par protons sur des noyaux legers. Les simulations utilisant le code de transport MCNP ont ete validees par des resultats experimentaux.

Les réacteurs actuels produisent deux types de déchets dont la gestion et le devenir soulèvent des problèmes. Il s'agit d'abord de certains produits de fission et de noyaux lourds (isotopes de l'Américium et du Curium) au-delà de l'uranium appelés actinides mineurs. Deux options sont envisagées : le stockage en site géologique profond et/ou l'incinération de ces déchets dans un flux de neutrons rapides, c'est-à-dire, la transmutation par fission. Ces études font appel à de nombreuses données neutroniques. Malheureusement, les bases de données présentent encore de nombreuses insuffisances pour parvenir à des résultats fiables. L'objectif de ce travail est ici d'actualiser des données nucléaires et de les compléter. Nous avons ainsi mesuré la section efficace de fission de l'243Am (7370 ans) en référence à la diffusion élastique (n,p) afin de fournir des données indépendantes des mesures existantes dans la gamme des neutrons rapides (1 - 8 MeV). La réaction 243Am(n,f) a été analysée en utilisant un modèle statistique décrivant les voies de désexcitation du noyau composé d'244Am. Ainsi les sections efficaces de capture radiative (n,) et de diffusion inélastique (n,n') ont pu être évaluées. La mesure directe des sections efficaces neutroniques d'actinides mineurs constitue très souvent un véritable défi compte tenu de la forte activité des actinides mineurs. Pour cela, une méthode indirecte a été développée utilisant les réactions de transfert dans le but d'étudier certains isotopes du curium. Les réactions 243Am(3He,d)244Cm, 243Am(3He,t)243Cm et 243Am(3He,alpha)242Am nous ont permis de mesurer les probabilités de fission des noyaux de 243,244Cm et de l'242Am. Les sections efficaces de fission des curiums 242,243Cm(162,9 j, 28,5 ans) et de l'américium 241Am sont obtenues en multipliant ces probabilités par les sections efficaces calculées de formation des noyaux composés. Pour chaque mesure, une évaluation précise des erreurs a été réalisée à travers une étude des variances-covariances des résultats présentés. Pour les mesures de la réaction 243Am(n,f), une analyse des corrélations d'erreurs a permis d'interpréter la portée de ces mesures au sein des mesures existantes.

L'experience graal est consacree a la comprehension de la structure dynamique du nucleon et de ses etats excites, les resonances baryoniques. L'etude experimentale des reactions de photoproduction de mesons sur le nucleon est accomplie a l'aide d'un faisceau de photons polarises et d'un multi-detecteur 4. Le faisceau est produit par retrodiffusion compton de photons laser sur les electrons de 6 gev du synchrotron europeen a grenoble (l'esrf). Cette these porte sur l'analyse des premieres donnees acquises par la collaboration graal. Apres la caracterisation du faisceau et le calcul de la dose de photons etiquetes, l'analyse decrit les techniques d'identification des reactions de photoproduction des mesons 0 et. Les performances du systeme de detection, resolutions et efficacites, sont determinees a partir des mesures experimentales et des simulations. Les prises de donnees realisees en 1997 ont permis d'etudier les reactions p 0p et p p dans une gamme d'energie des photons allant de 550 a 1100 mev. L'analyse complete de ces deux canaux a ete effectuee et des resultats finaux pour la section efficace d/d et l'observable de polarisation ont ete obtenus. L'ensemble des corrections aux donnees ainsi que l'evaluation des erreurs systematiques sont presentes en detail. L'asymetrie faisceau obtenue avec une polarisation lineaire des photons, a ainsi ete mesuree pour la premiere fois dans la production du. La section efficace du meme processus et les mesures obtenues pour la production de 0 ameliorent grandement la precision et la couverture cinematique de la base de donnees existante. Les observables de polarisation sont sensibles a des contributions tres petites, difficiles a discerner dans les mesures de section efficace. Ainsi, le rapport de branchement de la resonance n*(1520) dans le canal a pu etre determine avec une bonne precision: b = / t o t = (0,08 0,01)%. Ces resultats sont selectifs pour les modeles des hadrons et contribuent ainsi a l'amelioration de notre connaissance des baryons et des mesons.

DDétermination des caractéristiques du silicium amorphe hydrogène par mesure et analyse des admittances de diodes Schottky fournies sur ce matériau: densité d'états en-dessous et au niveau de fermi avec section de capture efficace des électrons et énergie d'activation du matériel.

Les réacteurs actuels produisent deux types de déchets dont la gestion et le devenir soulèvent des problèmes. Il s’agit d’abord de certains produits de fission et de noyaux lourds (isotopes de l’Américium et du Curium) au-delà de l’uranium appelés actinides mineurs. Deux options sont envisagées : le stockage en site géologique profond et/ou l’incinération de ces déchets dans un flux de neutrons rapides, c’est-à-dire, la transmutation par fission. Ces études font appel à de nombreuses données neutroniques. Malheureusement, les bases de données présentent encore de nombreuses insuffisances pour parvenir à des résultats fiables. L’objectif de ce travail est ici d’actualiser des données nucléaires et de les compléter. Nous avons ainsi mesuré la section efficace de fission de l’243Am (7370 ans) en référence à la diffusion élastique (n,p) afin de fournir des données indépendantes des mesures existantes dans la gamme des neutrons rapides (1 - 8 MeV). La réaction 243Am(n,f) a été analysée en utilisant un modèle statistique décrivant les voies de désexcitation du noyau composé d’244Am. Ainsi les sections efficaces de capture radiative (n,?) et de diffusion inélastique (n,n’) ont pu être évaluées. La mesure directe des sections efficaces neutroniques d’actinides mineurs constitue très souvent un véritable défi compte tenu de la forte activité des actinides mineurs. Pour cela, une méthode indirecte a été développée utilisant les réactions de transfert dans le but d’étudier certains isotopes du curium. Les réactions 243Am(3He,d)244Cm, 243Am(3He,t)243Cm et 243Am(3He,alpha)242Am nous ont permis de mesurer les probabilités de fission des noyaux de 243,244Cm et de l’242Am. Les sections efficaces de fission des curiums 242,243Cm(162,9 j, 28,5 ans) et de l’américium 241Am sont obtenues en multipliant ces probabilités par les sections efficaces calculées de formation des noyaux composés. Pour chaque mesure, une évaluation précise des erreurs a été réalisée à travers une étude des variances-covariances des résultats présentés. Pour les mesures de la réaction 243Am(n,f), une analyse des corrélations d’erreurs a permis d’interpréter la portée de ces mesures au sein des mesures existantes
The existing reactors produce two kinds of nuclear waste : the fission products and heavy nuclei beyond uranium called minor actinides (Americium and Curium isotopes). Two options are considered: storage in deep geological site and/or transmutation by fast neutron induced fission. These studies involve many neutron data. Unfortunately, these data bases have still many shortcomings to achieve reliable results. The aim of these measurements is to update nuclear data and complement them. We have measured the fission cross section of 243Am (7370y) in reference to the (n,p) elastic scattering to provide new data in a range of fast neutrons (1 - 8 MeV). A statistical model has been developed to describe the reaction 243Am(n,f). Moreover, the cross sections from the following reactions have been be extracted from these calculations: inelastic scattering 243Am(n,n’) and radiative capture 243Am(n,?) cross sections. The direct measurements of neutron cross sections are often a challenge considering the short half-lives of minor actinides. To overcome this problem, a surrogate method using transfer reactions has been used to study few isotopes of curium. The reactions 243Am(3He, d)244cm, 243Am(3He, t)243cm and 243Am(3He, alpha)242Am allowed to measure the fission probabilities of 243,244Cm and 242Am. The fission cross sections of 242,243Cm(162,9d, 28,5y) and 241Am(431y) have been obtained by multiplying these fission probabilities by the calculated compound nuclear neutron cross section relative to each channel. For each measurement, an accurate assessment of the errors was realized through variance-covariance studies. For measurements of the reaction 243Am(n,f), the analysis of error correlations allowed to interpret the scope of these measures within the existing measurements

La presente these est consacree a l'etude de la reaction d'echange de charge pion negatif proton donne pion nul neutron. Cette reaction fait partie des processus quasi-elastiques, caracterises par de petits moments transferes, et donc non interpretables par la chromodynamique quantique. Le modele de glauber, utilise avec succes dans le cadre de la diffusion elastique, est exploite ici pour l'etude de la reaction d'echange de charge. Une interaction effective entre quarks, incluant un terme central et un terme spinorbite, est employee afin de rendre compte de l'echange du meson rho. Les resultats obtenus permettent de conclure a la nature diffractive de la reaction etudiee, mais ne permettent pas de determiner avec precision les rayons moyens des densites de quarks interagissants