**Revue française de métrologie


n° 36, Vol. 2014-4, 39-54, DOI : 10.1051/rfm/2014014

Étalonnage du débit d’émission de sources neutroniques par le bain de manganèse, utilisant une nouvelle méthode de mesure en ligne d’activité de 56Mn par coïncidences Tcherenkov-gamma

Calibration of neutron sources emission rate with the manganese bath, using a new method for the on-line activity measurement of 56Mn by Cerenkov-gamma coincidences

 

Philippe CASSETTE, Florestan OGHEARD et Cheick THIAM

CEA, LIST, Laboratoire national Henri Becquerel (LNE-LNHB), 91191 Gif-sur-Yvette Cedex, France, philippe.cassette@cea.fr

Résumé : La méthode de mesure de référence du débit d’émission de sources neutroniques se fonde sur la technique du bain de manganèse. Elle est destinée à étalonner des sources de neutrons utilisant des radionucléides, en termes de débit d’émission neutronique sous 4p sr. La source à mesurer est immergée dans une solution de sulfate de manganèse et les neutrons émis sont capturés par les constituants du bain. Dans une configuration classique, environ la moitié de ces neutrons conduisent à la création de 56Mn par réaction (n, γ) sur du 55Mn. Le radionucléide 56Mn a une période radioactive d’environ 2,6 h et le bain de manganèse atteint son activité de saturation en 56Mn quand le nombre d’atomes radioactifs créés par unité de temps devient égal au nombre d’atomes se désintégrant pendant ce même temps. Le débit d’émission de la source peut alors être déduit de l’activité de 56Mn de la solution à saturation, via une modélisation ad hoc des réactions nucléaires se produisant dans le bain. Cette installation a été récemment rénovée afin de respecter les règles de sécurité et de radioprotection en vigueur. Cette rénovation a été l’occasion de moderniser et de remettre à niveau les méthodes de mesure et de modélisation du bain et d’entreprendre une étude sur le développement d’un détecteur original pour la mesure directe en ligne de l’activité du manganèse. Ce détecteur est fondé sur la méthode de mesure des coïncidences 4πß-γ. La voie « bêta » est constituée de photomultiplicateurs permettant de détecter l’émission de lumière due à l’effet Tcherenkov et la voie « gamma » utilise un détecteur à scintillateur. L’intérêt de cette méthode de mesure est qu’elle permet d’avoir accès à l’activité du bain sans nécessiter d’étalonnage préalable. Les mesures obtenues avec ce nouveau détecteur ont été comparées à celles données par une méthode primaire présente au laboratoire. Par ailleurs, des modélisations du bain de manganèse ont été effectuées avec trois codes de calcul stochastiques : GEANT4, MCNPX et FLUKA. Cette comparaison a permis d’identifier des disparités entre les résultats de simulation, ainsi que des facteurs d’incertitude liés à la modélisation de l’émission neutronique et au choix des sections efficaces.

Abstract: The manganese bath technique is the reference method for the calibration of neutron source emission rates. It is used to calibrate neutron sources using radionuclides in terms of neutron emission rate under 4p sr. The neutron source to be measured is immersed in a manganese sulphate solution where the emitted neutrons interact with the elements of the bath. In a typical configuration, approximately half of the neutrons lead to the creation of 56Mn via the 55Mn(n, γ) capture reaction. This radionuclide has a half-life of approximately 2.6 h and the bath reaches saturation when the number of nuclei decaying is equal to the number of nuclei created per unit time. The neutron emission rate from the source can then be deduced from the 56Mn activity at saturation, assuming proper modelling of the nuclear reactions occurring within the bath. The manganese bath facility has been recently refurbished in order to comply with appropriate safety and radioprotection regulations. This has lead to the upgrading of both the measurement methodology and the modelling of the bath, and a study on the development of a new detector for the on-line measurement of the manganese activity was developed. This new detector uses the 4πß-γ coincidence measurement method. The beta channel consists of photomultipliers tubes for the detection of Cerenkov light, and the γ channel uses a scintillation detector. The advantage of this measurement method is that it allows the determination of the bath activity without any prior calibration. A detector has been built and the results obtained have been compared to those from a primary measurement method already in use at LNE-LNHB. Furthermore, a comparison of the Monte-Carlo simulation results using GEANT4, MCNPX and FLUKA has been undertaken. This comparison revealed some discrepancies between the codes and uncertainty factors, such as the modeling of the neutron emission and the choice of the cross-section library.

Mots clés : sources neutroniques, débit d’émission, bain de manganèse, 56mn, geant4, fluka, mcnpx, coïncidences tcherenkov-gamma.

Key words: neutron sources emission rate, manganese bath, 56mn, geant4, fluka, mcnpx, cerenkov-gamma coincidences.


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