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Auteur(s)
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Jean-Claude NIMAL : Ingénieur de l’École centrale de Paris - Docteur ès sciences d’État - Ancien Directeur de recherches au Centre d’études nucléaires de Saclay
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Lire l’articleINTRODUCTION
Une installation nucléaire constitue une source de rayonnements, le plus souvent intense, dont il importe de protéger le public et le personnel d’exploitation. On doit aussi limiter l’action de ces rayonnements sur les structures de l’installation.
Pour ce faire, on dispose autour de la source des écrans massifs (écrans dits thermiques et/ou biologiques) pouvant comporter des traversées pour assurer les liaisons nécessaires avec le reste de l’installation (circulation des fluides pour extraction de chaleur, épuration, mesures, contrôle de l’installation, ventilation, prises d’échantillons, etc.). Ces traversées sont autant de chemins de fuite de rayonnements, il faut donc éviter qu’elles ne prédominent.
Les protections sont dimensionnées pour l’installation fonctionnant en puissance ; toutefois, certaines parties sont aussi protégées pour l’installation à l’arrêt afin de permettre les inspections et la maintenance. En effet, la radioactivité rémanente peut rester élevée, même après une longue période d’arrêt (activité des produits de fission, activation des matériaux de structure et des fluides).
Le ralentissement et l’absorption des rayonnements entraînent un transfert d’énergie aux matériaux participant à la protection dont on doit tenir compte dans la conception afin d’éviter des niveaux de température indésirables. Le transfert d’énergie peut aussi provoquer l’endommagement des matériaux de structure. À cet égard, la cuve du réacteur à eau sous pression (REP) est un des composants du réacteur dont les caractéristiques mécaniques et l’état métallurgique sont les plus surveillés vis-à-vis du risque d’endommagement.
Les études de protection comprennent, d’une part la détermination des sources de rayonnements, d’autre part le calcul du transfert des rayonnements aux points sensibles. Les sources de rayonnement dites primaires (celles résultant directement du fonctionnement de l’installation) créent des sources secondaires après transport et atténuation dans les matériaux environnants et les rayonnements ainsi créés sont transportés et atténués à leur tour. Un calcul de protection complet est donc constitué par un enchaînement de calculs de sources et de calculs de transfert de rayonnements. Ces études se font sur ordinateur, par une succession d’applications de logiciels de calcul. Dans les schémas de calcul modernes, cette succession est réalisée par couplage de logiciels de fonctionnalités différentes dont l’enchaînement est géré par un langage de contrôle. Il existe toutefois des méthodes approchées permettant de calculer manuellement des ordres de grandeur.
Le présent article traite des sources de rayonnement nécessitant la mise en œuvre de protections physiques, de l’activation des matériaux et des interactions rayonnement-matière importantes pour le dimensionnement de ces protections.
Il est suivi d’un second article présentant les méthodes de calcul des protections contre le rayonnement [BN 3 076].
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Dommages créés par les rayonnements
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2. Interactions rayonnements-matière
2.1 Interaction des neutrons avec la matière
L’interaction entre un neutron n et un noyau cible X est le plus fréquemment une diffusion élastique, le neutron cédant en sortie une partie de son énergie au noyau.
La voie de sortie est toutefois différente de la voie d’entrée lorsque l’on a affaire à une diffusion inélastique ou réaction nucléaire (n,x n), (n,γ )… On note alors l’interaction :
avec :
- Q :
- énergie cédée (réaction exothermique) ou devant être apportée pour que la réaction ait lieu (réaction endothermique).
Le nombre de nucléons et la charge électrique étant des invariants, Y est déterminé lorsque b est connu, et inversement.
Entre l’état du système à l’entrée et son état en sortie, l’énergie (incluant l’équivalent de la masse en énergie) et la quantité de mouvement se conservent. On en déduit quatre relations (l’énergie étant un scalaire et la quantité de mouvement une grandeur vectorielle) reliant les énergies du neutron avant et après interaction, du noyau cible et du noyau de recul et les déviations angulaires.
L’énergie du noyau de recul Y peut ainsi s’exprimer par une relation de la forme :
Le noyau cible est supposé initialement au repos (son énergie cinétique est...
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Interactions rayonnements-matière
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - CUENDET (P.) - Développement et validation d’un schéma de calcul pour l’étude des systèmes spallateurs. - Thèse de l’université de Paris VI ; 28 juil. 1998.
-
(2) - VERGNAUD (T.), NIMAL (J.C.), CHIRON (M.) - TRIPOLI 3 Code de transport de particules neutres par la méthode de Monte‐Carlo. - Version 3.5 ; manuel d’utilisation ; DEN/DM2S/ SERMA Saclay, rapport CEA R 5949 (en Français), R5950 (in English).
-
(3) - NIMAL (J.C.), VERGNAUD (T.) - TRIPOLI 3, A General Monte‐Carlo Code Present State and Futur Project. - Proceeding Int. Conf. : Monte‐ Carlo Method for Neutron and Transport Calculations ; Budapest Hungary (1990).
-
(4) - STORM (E.), ISRAEL (H.I.) - Photon cross sections from 0.001 to 100 MeV for elements 1 to 100. - Los Alamos Scientific Laboratory of the University of California ; LA 3763 UC-34 Physics TID-4500.
-
(5) - FASSO (A.), FERRARI (A.), RANFT (J.), SALA (P.R.) - FLUKA : Performances and applications in the intermediate energy range. - Proceeding of the specialists’...
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