Calculs et mesures de l'activation induite dans les bétons de protection d'un accélérateur d'ions de haute énergie

Calculations and measurements of activation in concrete radiological shielding produced by a high energy ions accelerator.

Commissariat à l'énergie atomique, Saclay, UGSP/SPR/SRI, 91191 Gif-sur-Yvette Cedex, France.

Reçu : 1 Février 2000
Accepté : 1 Mai 2000 Révisé : 29 Mars 2000

Résumé

Le synchrotron Saturne II, installé sur le site du CEA Saclay fonctionnant depuis 1979 devrait être démantelé dans les prochaines années. Saturne pouvait accélérer des protons, des deutons, des hélions, et desions lourds (jusqu'au Krypton) avec une énergie en protons de 100 à 2 900 MeV. Des calculs avec un code Monte Carlo (FLUKA), couplé à un code de calcul d'activation/évolution (DARWIN/PEPIN) ont été menés pour prédire l'activation dans les protections en béton de l'accélérateur. Les produits d'activation sont en majorité dus à des réactions de capture de type (n, γ), 22 % de l'activation étant due à des neutrons d'énergie supérieure à 20 MeV226type (n,p) ; (n, spallation) etc. Ces calculs ont été comparés à des mesures des émetteurs γ, du ³H, du ⁴⁵Ca et du ⁵⁵Fe d'échantillons prélevés par carottage sur des bétons ordinaires (2,35 g cm^-3), lourd baryté (3,6 g cm^-3) et très lourd riblonné (4,8 g cm^-3). Le rapport entre calcul et mesure varie de 1 à 6 suivant le type de béton considéré et la profondeur de protection. De même, les mesures ont été comparées à d'autres pour des accélérateurs différents (énergie et particules). On montre que l'activation dépend de la charge intégrée sur les cibles de production et de l'énergie des particules notamment pour le profil d'activation en profondeur.

Abstract

Calculations and measurements of activation in concrete radiological shielding produced by a high energy ions accelerator. Saturne II synchrotron is located on CEA Saclay site and was running since 1979. It should be dismantled in the next few years. Saturne accelerated protons, deuterons, helions and heavy charged particles (up to Krypton) with protons energie ranged from 100 to 2 900 MeV. Monte Carlo calculations (FLUKA) coupled with activation/evolution computer codes (DARWIN/PEPIN) were used in order to predict activation in concrete radiological shielding of the accelerator. Activation products are mainly due to (n, γ) capture reaction, 22% of the activation comes from neutrons with energy higher than 20 MeV - (n,p); (n, spallation) etc. Those calculations were compared to γ rays , ³H, ⁴⁵Ca and ⁵⁵Fe measurements on samples taken from different concrete shieldings: ordinary (2,35 g cm-3), heavy with Barium (3,6 g cm^-3), extra heavy with iron (4,8 g cm-3). The ratio between calculation and measurement varies from 1 to 6 depending on the kind of concrete and the protection depth. Besides, measurements were compared to those obtained by other accelerators (differents energies and particles). It shows up that activation depends on integrated charge over production targets and on particles energy, especially on in-depth activation profile.