12 - Les matériaux de protection et leur utilisation
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Les principales motivations de son utilisation comme écran sont :
– elle contient un nombre important de noyaux d’hydrogène (11 % en poids), bon ralentisseur de neutrons,
– elle est peu chère et son maniement est courant dans les installations,
– elle est transparente,
– elle est fluide : elle permet les déplacements d’objets,
– les captures radiatives sur l’hydrogène donnent lieu à réémission de γ de 2,25 MeV, donc
relativement peu énergétiques (nécessité éventuellement de prévoir un matériau lourd en
sortie d’écran),
– son second composant, l’oxygène, capture très peu les neutrons (donc peu de γ de
capture radiative du fait de sa présence).
Elle présente toutefois certains inconvénients :
– elle est fluide. Il y a donc nécessité de la contenir dans une enveloppe,
– elle est sensible à la radiolyse par les γ et les neutrons,
– sa température d’ébullition à pression atmosphérique est relativement basse.
Elle est principalement utilisée :
– comme écran de protection contre les neutrons autour des cœurs des réacteurs
nucléaires,
– comme écran de protection contre les γ dans les piscines de stockage.
Les données physiques sont :
– masse volumique : 1 g/cm 3 ;
– composition : H 2 0 (voir tableau 12.3) ;
– épaisseur dixième vis-à-vis des γ : voir figure 12.1 ;
– épaisseur dixième vis-à-vis de neutrons en terme de flux de particules (valeur
indicative) :
– pour un spectre de fission (formule de Cranberg) : 20,4 cm,
– pour un spectre de réaction (α, n) : 13,3 cm,
– énergies des γ de capture radiative (extrait de Jaeger, 1968, vol. I, p. 85) :
– pour 100 captures sur l’hydrogène : environ 100 photons sont émis entre 2 et 3 MeV
(énergie maximale : 2,23 MeV),
– pas de capture radiative sur l’oxygène,
– activation (voir tableau 12.4 et figures 12.4 et 12.5) : le 16 N (réaction (n, p) sur 16 O, seuil
vers 10,2 MeV) est très importante pour le fonctionnement en puissance des REP mais
décroît très vite après l’arrêt (période d’environ 7 s). La formation en faible quantité mais
non négligeable de 17 N émetteur d’un neutron de 1 MeV est à noter (cf. tableau 8.10).
Tableau 12.3. Composition de l’eau.
Élément
% en masse
Atomes> > >
>cm 3
Hydrogène
11,15
6,69 × 10 22
Oxygène
88,85
3,34 × 10 22
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Les principales motivations de son utilisation comme écran sont :
– elle contient un nombre important de noyaux d’hydrogène (11 % en poids), bon ralentisseur de neutrons,
– elle est peu chère et son maniement est courant dans les installations,
– elle est transparente,
– elle est fluide : elle permet les déplacements d’objets,
– les captures radiatives sur l’hydrogène donnent lieu à réémission de γ de 2,25 MeV, donc
relativement peu énergétiques (nécessité éventuellement de prévoir un matériau lourd en
sortie d’écran),
– son second composant, l’oxygène, capture très peu les neutrons (donc peu de γ de
capture radiative du fait de sa présence).
Elle présente toutefois certains inconvénients :
– elle est fluide. Il y a donc nécessité de la contenir dans une enveloppe,
– elle est sensible à la radiolyse par les γ et les neutrons,
– sa température d’ébullition à pression atmosphérique est relativement basse.
Elle est principalement utilisée :
– comme écran de protection contre les neutrons autour des cœurs des réacteurs
nucléaires,
– comme écran de protection contre les γ dans les piscines de stockage.
Les données physiques sont :
– masse volumique : 1 g/cm 3 ;
– composition : H 2 0 (voir tableau 12.3) ;
– épaisseur dixième vis-à-vis des γ : voir figure 12.1 ;
– épaisseur dixième vis-à-vis de neutrons en terme de flux de particules (valeur
indicative) :
– pour un spectre de fission (formule de Cranberg) : 20,4 cm,
– pour un spectre de réaction (α, n) : 13,3 cm,
– énergies des γ de capture radiative (extrait de Jaeger, 1968, vol. I, p. 85) :
– pour 100 captures sur l’hydrogène : environ 100 photons sont émis entre 2 et 3 MeV
(énergie maximale : 2,23 MeV),
– pas de capture radiative sur l’oxygène,
– activation (voir tableau 12.4 et figures 12.4 et 12.5) : le 16 N (réaction (n, p) sur 16 O, seuil
vers 10,2 MeV) est très importante pour le fonctionnement en puissance des REP mais
décroît très vite après l’arrêt (période d’environ 7 s). La formation en faible quantité mais
non négligeable de 17 N émetteur d’un neutron de 1 MeV est à noter (cf. tableau 8.10).
Tableau 12.3. Composition de l’eau.
Élément
% en masse
Atomes> > >
>cm 3
Hydrogène
11,15
6,69 × 10 22
Oxygène
88,85
3,34 × 10 22