Measurement of (n,xn) reaction cross-sections using prompt gamma-ray spectroscopy at a beam with very high instantaneous flux
Mesure de sections efficaces de réactions (n,xn) par spectroscopie gamma prompte auprès d'un faisceau à très haut flux instantané
Résumé
The work presented in this thesis is situated in the context of GEDEON program of neutron cross-section measurements. This program is motivated by the perspectives recently opened by projects of nuclear waste treatment and energy production. There is an obvious lack of experimental data on (n,xn) reactions in the databases, especially in the case of very radioactive isotopes. An important technique to measure cross-sections of these reactions is the prompt γ-ray spectroscopy at white pulsed neutron beams with very high instantaneous flux. In this work, inelastic scattering and (n,xn) reactions cross-section measurements were performed on a lead sample from threshold to 20 MeV by prompt γ-ray spectroscopy at the white neutron beam generated by GELINA facility in Geel, Belgium. Digital methods were developed to treat HPGe CLOVER detector signals and separate γ-rays induced by the fastest neutrons from those belonging to the flash. Partial cross-sections for the production of several transitions in natural lead were measured and analyzed using theoretical calculations in order to separate the contributions of different reactions leading to the same residual isotope. Total cross-sections of the reactions in question were estimated. The results were compared to the TALYSS code theoretical calculations, as well as to other experimental results. This experiment served to validate the method and it opens the way to measure (n,xn) reactions cross-sections at high instantaneous flux neutron beams such as the one at n_TOF.
Le travail présenté dans ce mémoire se situe dans le contexte du programme GEDEON de nouvelles mesures de sections efficaces de réactions induites par neutron. Ce programme est motivé par les perspectives offertes depuis peu de temps par les projets innovants de traitement des déchets nucléaires et de production d'énergie. Dans les bases de données il y a un manque évident de données expérimentales sur les réactions (n,xn), surtout dans le cas des isotopes très radioactifs. Une étape incontournable pour la mesure de telles sections efficaces est l'adaptation de la technique de la spectroscopie γ prompte auprès des faisceaux blancs et pulsés à très haut flux instantané. Dans ce travail, des mesures des sections efficaces de diffusion inélastique et de réactions (n,xn) sur un échantillon de plomb naturel ont été effectuées du seuil à 20 MeV par spectroscopie γ prompte auprès du faisceau blanc généré par GELINA à Geel, Belgique. Les signaux du détecteur HPGe CLOVER ont été traités en utilisant les méthodes numériques afin de pouvoir séparer les rayons γ induits par les neutrons les plus rapides de ceux provenant du flash. Les sections efficaces partielles pour la production de plusieurs transitions dans le plomb naturel ont été mesurées et analysées à l'aide des calculs théoriques afin de séparer les contributions des différentes réactions donnant lieu à la production d'un même isotope résiduel. Les sections efficaces totales des réactions en question ont été estimées. Les résultats sont comparés aux calculs théoriques à l'aide du code TALYS et aux résultats d'autres mesures. Cette expérience a servi pour valider la méthode utilisée et ouvre les perspectives pour les mesures des sections efficaces (n,xn) auprès des faisceaux à très haut flux instantané tels que celui de n_TOF.
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