Published September 24, 1999 | Version v1
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Simultaneous photon and neutron interrogation using an electron accelerator in order to quantify actinides in encapsulated radioactive wastes

Description

Measuring out alpha emitters, such as (234,235,236,238U 238,239,240,242,244Pu, 237Np 241,243Am...), in solid radioactive waste, allows us to quantify the alpha activity in a drum and then to classify it. The SIMPHONIE (SIMultaneous PHOton and Neutron Interrogation Experiment) method, developed in this Ph.D. work, combines both the Active Neutron Interrogation and the Induced Photofission Interrogation techniques simultaneously. Its purpose is to quantify in only one measurement, fissile (235U, 239,241Pu...) and fertile (236,238U, 238,240Pu...) elements separately. In the first chapter of this Ph.D. report, we present the principle of the Radioactive Waste Management in France. The second chapter deals with the physical properties of neutron fission and of photofission. These two nuclear reactions are the basis of the SIMPHONIE method. Moreover, one of our purposes was to develop the ELEPHANT (ELEctron PHoton And Neutron Transport) code in view to simulate the electron, photon and neutron transport, including the (γ, n), (γ, 2n) and (γ, f) photonuclear reactions that are not taken into account in the MCNP4 (Monte Carlo N-Particle) code. The simulation codes developed and used in this work are detailed in the third chapter. Finally, the fourth chapter gives the experimental results of SIMPHONIE obtained by using the DGA/ETCA electron linear accelerators located at Arcueil, France. Fissile (235U, 239Pu) and fertile (238U) samples were studied. Furthermore, comparisons between experimental results and calculated data of photoneutron production in tungsten, copper, praseodymium and beryllium by using an electron LINear Accelerator (LINAC) are given. This allows us to evaluate the validity degree of the ELEPHANT code, and finally the feasibility of the SIMPHONIE method. (author)

Abstract (French)

Dans le cadre de la determination de la quantite de noyaux lourds emetteurs α (234,235,236,238U 238,239,240,242,244Pu, 237Np 241,243Am...) dans les colis de dechets radioactifs, plusieurs methodes de mesure sont etudiees ou d'ores et deja operationnelles. Parmi elles, la methode de Double Interrogation Simultanee Neutrons et Photons, ou SIMPHONIE (SIMultaneous PHOton and Neutron Interrogation Experiment), developpee lors des travaux de these presentes dans ce memoire, associe de maniere simultanee l'interrogation par Photofissions Induites et l'interrogation Neutronique Active (INA). L'objectif de SIMPHONIE est de determiner separement, en une seule mesure, la quantite d'elements fissiles et la quantite d'elements fertiles presents dans un colis de dechets radioactifs. Ce document presente les proprietes physiques de la fission par neutrons et de la photofission. Ces deux reactions nucleaires sont a la base de la methode. Il explique en detail le principe et le fonctionnement de SIMPHONIE, et expose les resultats des etudes de faisabilite experimentale de la technique menees aupres des accelerateurs d'electrons LINAC et Mini-Linatron de la Delegation Generale pour l'Armement (Arcueil, 94). Ces etudes ont ete conduites avec des echantillons de matiere fissile (235U, 239Pu) et fertile (238U). Enfin, les donnees issues des calculs de modelisation effectues a l'aide du code ELEPHANT (ELEctron, PHoton And Neutron Transport) sont comparees aux resultats experimentaux. Ce code, developpe dans le cadre de cette these pour le traitement quasi-complet du transport des electrons, des photons et des neutrons dans la matiere, est base sur l'utilisation du code MCNP4 (Monte Carlo N-Particle) auquel est adjoint le programme RAVISOURCE pour le calcul des taux de reactions (γ, n), (γ, 2n) et (γ, f). Dans un premier temps, ELEPHANT a ete qualifie en production (γ, n) et (γ, 2n) sur des cibles en tungstene, en cuivre, en praseodyme et en beryllium aupres de l'accelerateur LINAC. Ensuite, des comparaisons entre les signaux mesures et les signaux calcules dans le cadre de SIMPHONIE ont ete effectuees. (auteur)

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Original title (French)
Double interrogation simultanee neutrons et photons utilisant un accelerateur d'electrons pour la caracterisation separee des actinides dans les dechets radioactifs enrobes

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Imprint Pagination
283 p.
Report number
FRCEA-TH--800

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Notes
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