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PRÉSIDENCE DU CONSEIL COMMISSARIAT A L'ÉNERGIE ATOMIQUE PHYSIQUE DES RÉACTEURS

PRÉSIDENCE DU CONSEIL COMMISSARIAT A L'ÉNERGIE ATOMIQUE PHYSIQUE DES RÉACTEURS ÉTUDE DU TRANSPORT DES NEUTRONS PAR LA MÉTHODE DE MODULATION par Victor RAIEVSKI Rapport C.E.A. n° 1095 1959 C E N T R E D ' É T U D E S NUCLÉAIRES DE SACLAY S E R V I C E D E D O C U M E N T A T I O N Boîte postale n° 2 — Gif-sur-Yvette (S.-et-O.) RAIEVSKI V. . Rapport CEA n° 1 095 ETUDE DU TRANSPORT DES NEUTRONS PAR LA METHODE DE MODULATION Sommaire : La méthode de modulation est un procédé très général d'étude des propriétés neutroniques des milieux contenant des neulrons thermiques. Le présent rapport a pour but de décrire les principales de ces expériences et d'en donner une théorie générale. Cette théorie, exposée dans la première partie, est établie dans le cadre de l'approximation à deux groupes de-vitesse"qui approuvé son efficacité dans le cas des piles à neutrons ^hermiques. Le domaine de validité de l'approximation à deux groupes est rappelé au débutî ce qui permet de définir avec précision la signification des paramètres qui entrent dans la théorie et qui font l'objet de ces mesures. La deuxième partie décrit les expériences réalisées^ en particulier celles effectuées au Centre d'Etudes Nucléaires de Saclay où la méthode a été considérablement développée. Ces expériences sont interprétées dans le cadre de la théorie générale exposée précédemment. On prouve ainsi l'identité des paramètres mesurés par cette méthode et de ceux figurant dans la théorie. La vie moyenne des neutrons dans une pile en est un exemple significatif. 1959 104 pages RAIEVSKI V. , Report CEA n° 1 095 THE STUDY OF NEUTRON TRANSPORT BY OSCILLATION METHOD Summary : - " • The oscillation method is of very general use for studying the behaviour of thermal neutrons in media. The scope of this report is to describe 'the main experiments and to give a general theory of them. This theory, which is presented in the first part, is established using the two groups approxmotion. which has proved its efficiency in the case of thermal neutrons piles. The validity of the two groups approximation is recalled at the beginning of this report. This allows us to define accurately the meaning of the parameters used in the theory and which are measured in these experiments. The experiments carried out by this method are described in the second part, especially those performed at the « Centre d'Etudes Nucléaires de Saclay» where the method has been extensively used. These experiments are interpreted . by means of the general theory given previously. In this way, the identity of parameters measured by this method and those given by the th---/ry is proved. This is particularly conclusive in the case of the mean.life of neutrons in a pile. 1959 • , 1 0 4 pages Série A, N° 3343 N° d'ordre : 4215 THÈSES PRESENTEES A LA FACULTE DES SCIENCES DE L'UNIVERSITÉ DE PARIS POUR OBTENIR LE GRADE DE DOCTEUR ES SCIENCES PHYSIQUES PAR Victor RAliVSKI PREMIÈRE THESE : Étude du transport des neutrons par la méthode de modulation DEUXIÈME THESE : Propositions données par la Faculté Soutenues le 22 Avril 1959 devant la Commission d'examen MM. PERRIN Président GRIVET 1 > Examinateurs TEILLAC YVON invité HOROWITZ invité REMERCIEMENTS Ce travail a été effectué au Commissariat à l'Energie Atomique et en majeure partie à la Direc- tion des Etudes de Piles. Je désire exprimer matrès vive reconnaissance à M. le Haut-Commissaire, le Professeur Francis Perrin, et à M. le Directeur des Etudes de Piles, le Professeur Jacques Yvon, de m'avoir donné les moyens de mener à bien cette étude de caractère général. Je dois remercier plus particulièrement M. le Professeur Jacques Yvon d'avoir établi la première théorie des résultats parfois empiriques obtenus au début de ces expériences. Ces études, commencées au Service de la Pile de Châtillon sous la direction de son chef, M. Jacques Ertaud, se sont poursuivies au Service de Physique Mathématique dirigé par M. Jules Horowitz. Je dois particulièrement remercier M. Horowitz pour les discussions extrêmement fructueuses que j'ai eues avec lui dès le début de ces expériences, puis pour la collaboration qui s'est peu à peu ins- tituée entre nous. Certaines de ce s expérience s, comme la mesure du libre parcours moyen de transport, sont issues de ces discussions. Je suis heureux de pouvoir remercier M. Maurice Surdin, chef du Département d'Electronique, de m'avoir engagé à entreprendre cette thèse et de m'avoir conseillé dès le début à utiliser le principe de la détection synchrone qui m'a fait gagner un temps considérable. Je tiens à remercier le Dr A. M. Weinberg, dont le mémoire cité au chapitre III a été pour moi une source précieuse que j'ai souvent utilisée. Enfin je suis heureux de remercier ici les ingénieurs et agents techniques du Commissariat qui m'ont aidé dans cette tâche, MM. J. Lacour, et B. Sautiez pour la réalisation de certaines de ces expé- riences, et M. P. Le Baud pour la réalisation de l'appareillage électronique dans lequel il a apporté ses précieuses connaissances et réalisé des dispositifs souvent originaux. INTRODUCTION La physique des piles atomiques étudie l'intensité à l'échelle macroscopique des phénomènes dont sont le siège les milieux contenant des neutrons. La recherche de la nature de ces phénomènes est du domaine de la physique nucléaire. Celle-ci étudie les propriétés du neutron en tant que particule élémen- taire dans ses interactions à l'échelle microscopique avec la matière. De l'ensemble de ces propriétés se dégage un modèlede particule, dontla physique des piles atomiques ne conserve qu'un schéma simplifié. La détermination par le calcul de l'intensité de ces phénomènes nécessite la connaissance à chaque instant de la répartition des neutrons, en position, en vitesse et en direction, que l'on appelle plus briè- vement la répartition en phase. Celle-ci est donnée par la théorie du transport. Cette théorie est com- mune à un grand nombre de phénomène s et a été établie bien avant la découverte du neutron, dans la ciné- tique des gaz. La physique des piles a cependant considérablement développé cette théorie et apporté par là une contribution importante aux autres branches de la physique. Cette théorie est une théorie statistique, elle décrit le comportement en moyenne d'un grand nombre de particules, à partir de s paramètre s macroscopique s qui traduisent en langage mathématique le modèle choisi pour la particule étudiée. Ces paramètres s'obtiennent à partir de mesures élémentaires ou inté- grales. Les premières sont principalement du ressort de la physique nucléaire (étude des paramètres de résonance, section efficace en fonction de l'énergie, etc. ), les autres appartiennent au domaine de la physique des piles (longueurs caractéristiques, réactivité, etc. ). Cette branche nouvelle de la phy- sique permet de déterminer d'une façon quantitative certaines propriétés du neutron et contribue ainsi à préciser le modèle de cette particule. Nous décrirons ici une méthode expérimentale permettant la mesure de certains paramètres ma- croscopiques en utilisant une technique de modulation. La description en moyenne de la répartition en phase est quelquefois insuffisante pour rendre compte des phénomènes observables dans les piles, en particulier dans le cas où intervient le temps. Les dévia- tions à partir de la répartition moyenne qui limitent la précision des mesures ont été étudiées dans le rapport CEA n°917 qui constitue un additif à cet ouvrage. CHAPITRE I RAPPEL DE NOTIONS ÉLÉMENTAIRES DE PHYSIQUE NUCLÉAIRE Les interactions du neutron avec la matière se font par l'intermédiaire des forces nucléaires à. courte portée (10~13 cm) et magnétique. 1) Réactions nucléaires : le choc d'un neutron sur un noyau est une réaction nucléaire. Les phéno- mènes observés à la suite de ces réactions dépendent du noyau et de la vitesse absolue du neutron. Les réactions nucléaires importantes dans la physique du réacteur sont les suivantes : a) diffusion élastique : l'énergie interne du noyau n'est pas modifiée. L'énergie cinétique de l'ensemble neutron et noyau se conserve, mais avec une répartition différente après le choc. Il y a donc modification de la vitesse du neutron en direction et en amplitude. b) diffusion inélastique : iln1 y aplus conservation de l'énergie cinétique. La vitesse du neu- tron est également modifiée en direction et en amplitude. La perte d'énergie du neutron est en moyenne plus grande que dans le cas de la diffusion élastique. c) capture : le neutron est absorbé par le noyau. Celui-ci subit à la suite de cette réaction nucléaire une série de transformations. L'une de ces transformations a une importance considérable, c'est la fission. d) fission ; le noyau se fissionne en éléments plus légers. La fission des noyaux lourds peut être suivie de l'émission instantanée ou différée de neutrons. Cette réaction étant fortement exothermi- que, la vitesse des neutrons émis peut être considérablement plus élevée que celle du neutron responsa- ble de la fission. e) réaction (n, 2n) : le noyau émet deux neutrons, cette réaction est endothermique et n'a lieu qu'avec des neutrons rapides ; elle est négligeable, sauf dans le cas du deuterium et uploads/Philosophie/ etude-du-transport-des-neutrons-par-la-methode-de-modulation.pdf