Développements innovants de la spectroscopie gamma et application à l'étude du nucléaire durable – DISPALEND

Le groupe GRACE de l'IPHC se consacre à la mesure de la section efficace de certaines réactions qui ont une importance particulière dans les réacteurs nucléaires envisagés pour le futur. La méthode employée est la spectroscopie g prompte, qui permet d'identifier des noyaux produits dans des états excités de très faible durée de vie. - - Le principe de cette méthode repose sur le fait que la désexcitation de ces états passe par l'émission de rayons g qui ont des énergies spécifiques à chaque noyau. Une grande précision dans la mesure de cette énergie permet de lever les ambigüités éventuelles : les détecteurs HPGe figurent parmi ceux qui permettent d'obtenir la meilleure résolution, de l'ordre du keV pour une énergie de l'ordre du MeV. Cependant, cette résolution ne peut être obtenue qu'au prix d'un temps mort important, c'est-à-dire du temps que prend le système d'acquisition pour traiter le signal. Ce temps mort constitue une limite à laquelle se heurtent la plupart des projets actuels en spectroscopie g, parce qu'ils visent à isoler des phénomènes rares au milieu d'un bruit de fond beaucoup plus intense. La solution consiste généralement à pixelliser le détecteur, ce qui a conduit aux divers multidétecteurs HPGe existants ou en projet. - - Une solution pour aller plus loin sans augmenter le nombre de modules est apparue récemment. Elle repose sur la digitalisation et le traitement numérique du signal. A l'IPHC, elle a été mise en ¿uvre par l'équipe technique chargée de l'électronique des spectromètres gamma. Notre groupe a de son côté mis au point l'algorithme de traitement, qui permet de réduire le temps mort d'un ordre de grandeur, et testé divers ensembles de quelques voies dans les conditions de véritables expériences. - - Ces expériences avaient pour but de mesurer les sections efficaces des réactions 206,207,208Pb(n,n') et 206,207,208Pb(n,xn). Ces sections efficaces ont une grande importance pour les réacteurs hybrides susceptibles de transmuter les déchets nucléaires d'ici quelques décennies. Grâce à notre système d'acquisition, nous avons pu mesurer pour la première fois des événements dus à des neutrons d'énergie allant jusqu'à 20 MeV à Gelina (IRMM Geel). Les détecteurs utilisés étaient deux cristaux HPGe coaxiaux, mais les quatre modules d'un Clover ont également été testés - - Ce succès nous a encouragés à envisager la mesure de la section efficace 235U(n,2n), et ensuite celle de la réaction 233U(n,2n). Cette dernière a une importance capitale dans le cycle rapide du Thorium, aussi bien du point de vue de la neutronique que de la dissémination, mais aussi dans les réacteurs actuels en raison de la prolongation de leur durée de vie. Pour ces réactions, l'épaisseur de cible doit être environ 103 fois plus faible que dans le cas du Plomb. Ceci doit être compensé par un gain en flux, obtenu en passant d'une distance de vol de 200 m à 30 m, et une augmentation du rapport signal/bruit grâce à la pixellisation en 16 segments. Le détecteur sera du type planaire, puisque les rayons g intéressants ont des énergies ne dépassant pas quelques centaines de keV. - - La méthode utilisée devra également beaucoup évoluer, puisque la séparation entre le flash g et les neutrons de 20 MeV sera cette fois inférieure au temps mort de l'acquisition. Il est évident que les développements et innovations réalisés sont motivés par la réalisation de mesures utiles pour notre avenir énergétique et environnemental. Cependant elles permettront aussi de progresser dans la préparation des futures expériences auprès des diverses installations en cours d'élaboration à Genève, Darmstadt, Caen... ...