Identification et correction des erreurs systématiques

Pour obtenir une estimation des erreurs commises, la méthode des deux sources a été employée sur les différentes chaînes de mesure équipées de carte PCA3. Elle consiste en deux étapes :

- la mesure d’ une source de référence : une source « test » est disposée sur le banc de mesure, à une distance suffisante pour que temps mort soit faible (de l’ ordre du pourcent) et on réalise la mesure du taux de comptage de ses principales raies d’ émission γ pendant une durée suffisante pour que l’ incertitude statistique de comptage soit inférieure à 0.5%.

- la création d’ empilement par une source perturbatrice : en prenant garde de ne pas bouger la source « test », une seconde source est approchée du détecteur afin de générer un taux de comptage suffisant pour qu’ apparaissent des empilements électroniques. La mesure du taux de comptage des mêmes raies de la source de référence est alors réalisée afin de vérifier la constance du résultat de mesure

Cette méthode est fréquemment utilisée pour caractériser les performances d’ une chaîne de mesure en terme de correction de temps mort et afin d’ évaluer le biais maximal commis pour une mesure à un niveau d’ activité donné. Dans le cas présent, une source « test » de cobalt 60 et une source perturbatrice de baryum 133 ont été utilisées pour quantifier l’ erreur commise en l’ absence de rejet des empilements électroniques. Les résultats obtenus sont représentés ci-dessous (Fig. 17) :

-35%

-30%

-25%

-20%

-15%

-10%

-5%

0%

5%

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50%

Temps mort

Ecart par rapport à la source seule

Fig. 17 : pertes de comptage par temps mort sur la chaîne de mesure utilisant la carte PCA3

Cette figure permet de démontrer l’ existence d’ un biais systématique ε_θ lié à la correction de temps mort réalisée par la chaîne de mesure, proportionnel au temps mort θ selon :

θ ε_θ ≅0.6×

Ce résultat conforte les corrélations observées lors du programme BASALA entre l’ erreur commise et le temps mort. Il permet également de conclure que les mesures de recalage de taux de fission entre deux crayons sont d’ autant plus biaisées que leurs activités respectives diffèrent l’ une de l’ autre. La première étape du travail d’ optimisation qui sera décrit dans la partie II, consistera à envisager d’ autres systèmes électroniques (amplificateurs et codeurs) permettant un fonctionnement quantitatif optimum jusqu’ à des taux de comptage de l’ ordre de 10⁵ s^-1.

4.1.2 Configuration des bancs de mesure

Parallèlement à la maîtrise de l’ instrumentation par spectrométrie γ, un travail d’ optimisation des bancs de mesure est nécessaire pour certaines applications spécifiques, en particulier dans le cadre du développement de nouvelles mesures de taux de capture ainsi que pour la détermination du profil axial de taux de fission par spectrométrie γ intégrale.

Faisant suite aux études de faisabilité réalisées par le passé [39], des études consacrées au taux de capture du plutonium 242 [44] ont été réalisées sur des crayons MOX, lors du programme MISTRAL 3 dans EOLE, basées sur le même principe que les mesures de taux de conversion de l’ uranium 238. Ce type d’ expérience est particulièrement délicat à mettre en œuvre pour les raisons suivantes :

- fort taux de comptage : la période de décroissance du plutonium 243 (4.96 h) impose de réaliser la mesure quelques heures après irradiation en réacteur et nécessite l’ utilisation d’ une électronique adaptée aux taux de comptage obtenus (de l’ ordre de 5.10⁴ à 1.10⁵ s^-1).

- traitement des spectres : le principal pic mesurable du plutonium 243 correspond à la raie γ d’ énergie 84.0 keV. Dans cette gamme d’ énergie, le fond Compton est élevé (rapport pic sur fond inférieur à 1), présente un fort gradient (voisin de 1) et des phénomènes inhérents à la mesure des basses énergies peuvent apparaître (exemples : pic d’ échappement du germanium, diffusion cohérente) et rendre la mesure de la surface nette du pic à 84.0 keV très sensible aux méthodes de traitement des spectres γ.

- fluorescence X : sur tous les spectres obtenus à partir du banc de spectrométrie γ dédié aux mesures de taux de conversion, des raies sont identifiées aux énergies de 72.8, 75.0 et 84.7 et 87.3 keV (Fig. 18). Elles correspondent au phénomène de fluorescence X qui intervient sur les collimations en plomb utilisées pour collimater le rayonnement issu du crayon combustible.

Compte tenu de la dégradation de la résolution induite par les forts taux de comptage, la séparation du pic d’ intérêt à 84.0 keV et du pic perturbateur à 84.7 keV est rendue délicate.

0,01 0,1 1 10

60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120

Energie (keV)

Taux de comptage par canal (s-1)

Fig. 18 : spectre d’ un crayon MOX mesuré deux heures après irradiation

Raies X de fluorescence du plomb

Raies γ à 84.0 keV du plutonium 243

La détermination du taux de capture du plutonium 242 n’ était donc pas réalisable avec une incertitude suffisamment réduite en raison de ces différents phénomènes limitatifs. Un travail d’ optimisation, passant par une analyse des phénomènes de fluorescence X et une adaptation du banc de mesure, sera nécessaire pour déterminer l’ activité du plutonium 243 dans les meilleures conditions.

La configuration du banc de spectrométrie γ utilisé pour la détermination du profil axial de taux de fission d’ un crayon joue également un rôle majeur dans la précision du résultat de mesure. Sur ce banc, une fenêtre de collimation en plomb de 50 mm d’ épaisseur, ouverte de 10 mm, est utilisée pour analyser, tranche par tranche, l’ activité γ totale du crayon par la méthode intégrale (Fig. 19).

Dans ce type de mesure, il est fondamental de s’ assurer de la directivité du flux γ reçu par le détecteur, c’ est-à-dire que la majorité des photons détectés proviennent bien de la tranche de combustible visée.

Fig. 19 : schéma du banc dédié aux mesures de profil axial de taux de fission

Sachant que le coefficient linéique d’ atténuation du plomb pour des photons d’ énergie 1 MeV est environ de 8.06.10^-1 cm^-1, un calcul élémentaire montre qu’ environ 2% d’ entre eux traversent les 50 mm d’ épaisseur de collimation sans subir d’ interaction. Si, de plus, on tient compte des photons diffusés qui contribuent au spectre intégral enregistré et si on note que la tranche visée représente à peine plus de 1% de la longueur totale d’ un crayon EOLE (800 mm), on comprend aisément que le flux total reçu par le détecteur n’ est pas parfaitement directif et qu’ une part non négligeable de photons diffusés en provenance du reste du crayon atteignent le détecteur. Le dimensionnement inadapté des collimations de ce banc risque donc d’ influer significativement sur le profil axial mesuré.

Il est par conséquent fondamental de connaître la « résolution spatiale » de la fenêtre de collimation (i.e. la largeur utile réellement vue par le détecteur). Dans le chapitre 2 de la partie III, le code MCNP sera mis à profit pour optimiser la configuration du banc de mesure, afin de réduire la contribution des photons diffusés, et pour la quantification des erreurs commises.