Noyaux-Rayonnement : TD 5 - Activation neutronique
Exercice I - Activation du Soufre
On expose pendant deux heures un disque de soufre 32 S de 3 cm de diamètre et de 0.2 cm d’épaisseur
à un flux de neutrons rapides de 3, 5.109 neutrons.cm−2 .s−1 .
Pour l’énergie des neutrons considérés, la section efficace de la réaction 32 S(n, p) 32 P est de σ =
0.32 barns.
Cette réaction est dite d’activation car elle produit un noyau radioactif : 32 P → 32 S + β − + ν
avec une période T = 14.3 jours. La densité du soufre est de : d = 2. On suppose ici la cible mince et
le nombre de noyaux de soufre du disque constant.
1. Quelle est l’activité de la source après activation.
2. Au bout de combien de temps d’exposition obtiendrait-on l’activité maximale et quelle serait
cette activité ?
3. Au bout de combien de temps d’exposition du
maximale ?
32
S aux neutrons atteindra-t-on 90% de l’activité
Exercice II - Dosage d’impuretés de Fluor
On veut doser les impuretés de Fluor présentes dans un cristal mince de Silicium (densité d = 2.3)
de 10 µm d’épaisseur et de 1 cm−2 de surface. Pour cela, on utilise la réaction 19 F(t, d) 20 F.
Le noyau de 20 F est émetteur β − et tombe sur un niveau excité de 20 Ne. Le 20 Ne excité se désexcite
alors immédiatement par émission d’un γ de 1,633 MeV. La section efficace de la réaction ci-dessus
est de 40 mb à l’énergie considérée. La période β du 20 F est de 11,4 s.
Le détecteur a une efficacité de 2% (à l’énergie photoélectrique). Cette efficacité tient compte de la
géométrie et de la transparence du détecteur. Après 11.4 secondes d’irradiation à 1010 part.s−1 .cm−2 ,
on sort l’échantillon du faisceau. On réalise le comptage 11.4 s plus tard. Le taux de comptage instantané est alors de 2 coups/s.
Quelle est la proportion de 19 F dans le silicium ?
Exercice III - Rendement de la réaction
23
Na(d, p) 24 Na
Le rendement de la réaction 23 Na(d, p) 24 Na est de 110 mCi/h pour un courant de 10 µA de deutons
d’énergie Ed = 14 MeV. La période du 24 Na est de 14,8 h.
1. Quelle est l’activité maximale du
2. Quelle activité du
24
24
Na susceptible d’être produite dans ces conditions ?
Na sera produite après 8h d’irradiation ?
3. Quelle sera l’activité résiduelle 8h après la fin des 8h d’irradiation ?
N.B : Rendement r = (dA/dt)t=0 en mCi/h/µA
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Noyaux-Rayonnement : TD 5 - Activation neutronique
Exercice IV - Décroissance du
238
Np
Dans le monde dans lequel nous vivons, les abondances des divers éléments reflètent une compétition entre deux processus : les probabilités de captures successives de neutrons par les noyaux de
l’univers et la désintégration radioactive des noyaux formés. Cette compétition définit le résultat de
la nucléosynthèse. Un phénomène parfaitement analogue se produit dans les réacteurs nucléaires.
Par capture de neutrons, les noyaux présents dans le réacteur se transforment en isotopes riches
en neutrons. Si la capture de neutrons est peu probable, un noyau qui a capturé un neutron a ensuite
le temps de subir une décroissance radioactive avant de capturer un second neutron. C’est ce qui se
passe dans les réacteurs ordinaires sur l’238 U, mécanisme qui conduit à terme au 238 Pu.
1. Écrire le détail de ce processus.
2. Qu’est ce que le combustible MOX ?
On considère maintenant un déchet de réacteur transuranien (c’est à dire plus lourd que l’uranium).
Il s’agit du 237 Np. Le 237 Np capture un neutron dans le réacteur pour donner du 238 Np. Celui-ci est
radioactif, de période 2 jours, et peut donc se désintégrer vers le 238 Pu. Il peut cependant suivre un
second chemin en capturant un deuxième neutron ce qui peut conduire soit à la fission, soit au 239 Np.
Ce second chemin est très préférable car les noyaux de 238 Pu se comportent comme un “poison” dans le
réacteur. Pour favoriser le second chemin, il faut que le flux de neutrons dans le réacteur soit suffisant.
On cherche ici à calculer le flux minimum nécessaire. Pour cela, il faut qu’en deux jours, plus de la
moitié des noyaux de 238 Np aient fissionnés après capture de neutron (σ = 923 barns), soit aient
capturés un neutron conduisant au 239 Np (σ = 24 barns).
4. Quel est le flux de neutrons minimal nécessaire pour vérifier cette condition ? Le résultat demandé
numériquement est un ordre de grandeur et on fera un calcul simplifié qui néglige la décroissance
radioactive du 238 Np.
5. De tels flux sont difficiles à réaliser dans des réacteurs classiques mais on pourra y parvenir dans
des réacteurs hybrides. Expliquez en deux lignes de quoi il s’agit.
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