ALAIN VIVIER INSTN ACLAY ), GELD REVA A AGUE...RESULTATS MCNP BY COURTESY OF RODOLPHE ANTONI (CEA/C...

1

PRESENTATION DES UTILITAIRES DE CALCULS DE L’OUVRAGE

« CALCUL DE DOSES GENEREES PAR LES RAYONNEMENTS IONISANTS »

( EDP SCIENCES 2012)

ALAIN VIVIER (INSTN/SACLAY), GERALD LOPEZ (AREVA NC/ LA HAGUE)

2

6 CHAPITRES DANS UNE PROGRESSION PEDAGOGIQUE

3


1. CONCEPT DE DOSE ABSORBEE ET CONSIDERATIONS PHYSIQUES GENERALES

2. INTERACTION PARTICULES CHARGEES-MATIERE ET DOSE ASSOCIEE

3. INTERACTION PHOTONS-MATIERE ET DOSE ASSOCIEE

4. INTERACTION NEUTRONS-MATIERE ET DOSE ASSOCIEE

( ) ( )Φ,E=M MD d Φ×

SD Φ

ρ=

en.γD( x ) E ( x )

µ Φρ

≈

trD EΣ Φρ

≈

4






5. EFFETS BIOLOGIQUES, GRANDEURS DE PROTECTION ET GRANDEURS OPERATIONNELLES

( ) ( )Φ,E=M MD d Φ×

SD Φ

ρ=

en.γD( x ) E ( x )

µ Φρ

≈

trD EΣ Φρ

≈

,T R T RT R

E w w D =

∑ ∑

5






5. EFFETS BIOLOGIQUES, GRANDEURS DE PROTECTION ET GRANDEURS OPERATIONNELLES

6. RELATION DOSE ACTIVITE

( ) ( )Φ,E=M MD d Φ×

SD Φ

ρ=

en.γD( x ) E ( x )

µ Φρ

≈

trD EΣ Φρ

≈

,T R T RT R

E w w D =

∑ ∑

γenair γ 2

air

IµK E

ρ 4π d

=

&A

6

8 UTILITAIRES DE CALCUL ASSOCIES

7


1. IRM PARTICULES CHARGEES

2. IRM PHOTONS

3. COEFFICIENT FLUENCE –EQUIVALENT DE DOSE CIPR 74

4. SERIOUS GAME 1 D

8



2. IRM PHOTONS


4. SERIOUS GAME 1 D

« PACK DOSIMEX » (RELATION DOSE –ACTIVITE)

5. DOSIMEX-I : CONTAMINATION INTERNE ET TRANSFERT ATMOSPHERIQUE (DETERMINISTE)

6. DOSIMEX –B : DOSE EMETTEURS BETA (MONTE-CARLO)

7. DOSIMEX –N : DOSE NEUTRONS TYPE AM-BE +PROTECTION BIOLOGIQUE (MONTE-CARLO)

8. DOSIMEX –G : DOSE EMETTEURS GAMMA ET GENERATEURS X (DETERMINISTE)

9



2. IRM PHOTONS


4. SERIOUS GAME 1 D






10



2. IRM PHOTONS


4. SERIOUS GAME 1 D






11



2. IRM PHOTONS


4. SERIOUS GAME 1 D






12



2. IRM PHOTONS


4. SERIOUS GAME 1 D






13

APPLICATIONS « IRM PARTICULES CHARGEES »

EXEMPLES AVEC PARTICULE ALPHA ET ELECTRON DE 5 MEV + SPECTRE BETA

15

PARTICULE αααα

17

EAU

22

TISSUS BIO.

27

ELECTRON

28

PARCOURS SIGNIFICATIVEMENT PLUS ELEVEE

29


EQUIVALENT DE DOSE PLUS FAIBLE

30



POUVOIR D’ARRET CONSTANT SUR LE PARCOURS

31



POUVOIR D’ARRET CONSTANT SUR LE PARCOURS

LIE AU CARACTERE ULTRARELATIVISTE DE L’ELECTRON

(>500 KEV)

32

EMETTEUR BETA

33

CARACTERISTIQUE TRANSITION

BETA

34

SPECTRE D’EMISSION

35

SCHEMA D’IRRADIATION

SPECTRE CONDENSE DU CS 137

1GBQ A 30 CM DANS L’AIR

37

SPECTRE DEGRADE PAR 30 CM

D’AIR

38

PROFIL DE DOSE DANS 2 MM DE

PEAU

39

VALEUR MOYENNE DE DOSE SUR

2 MM

40

VALEUR SOUS 70 µM DE

COUCHE MORTE (H’(0,07))

41

H’(0,07)=92 mSV.H-1

42

COMPARAISON :

GUIDE PRATIQUE DELACROIX : 100 mSV.H-1

H’(0,07)=92 mSV.H-1

43

COMPARAISON :

GUIDE PRATIQUE DELACROIX : 100 mSV.H-1

DOSIMEX-B : 104 mSV.H-1

H’(0,07)=92 mSV.H-1

44

H’(0,07)≈ 5 HMOY

HMOY=20 mSV.H-1

47

VISUALISATION TRAJECTOIRE DE PHOTONS DE 2 MEV

DANS L’EAU PUIS DANS LE PLOMB

(EXTRAIT UTILITAIRE « IRM PHOTON »)

48

CAPACITE DE PENETRATION ELEVEE

49

EFFETS DE DIFFUSION

PREDOMINANT

50

EFFETS DE DIFFUSION

PREDOMINANT

51

POSSIBILITE DE RETRODIFFUSION

NON NEGLIGEABLE

52

ABSORPTION TOTALE PEU

PROBABLE

53

PHOTONS DE 2 MEV DANS LE PLOMB

54

CAPACITE DE PENETRATION PEU

ELEVEE

55

DIFFUSION LIMITEE

56

DIFFUSION LIMITEE

57

EXEMPLE DE TRAJECTOIRE

EXCEPTIONNELLEMENT PENETRANTE

58

TRAJECTOIRE PLUS FREQUENTE

59

OU L’ON COMPREND QUE LE PLOMB EST UN BON ECRAN DE

PROTECTION VIS-A-VIS DES PHOTONS

ET PAS L’EAU !

60

TRAJECTOIRES DE NEUTRONS DE 5 MEV EMIS

DU CENTRE D’UNE SPHERE D’EAU DE RAYON 25 CM

(EXTRAIT DE DOSIMEX-N)

61

THERMALISATION ET FUITE

62

THERMALISATION ET CAPTURE

63

THERMALISATION ET CAPTURE

64

THERMALISATION EFFICACE (≈ 16CHOCS) PUIS FUITE OU CAPTURE

TRANSMISSION EN FLUENCE : 19 %

TRANSMISSION EN DOSE : 12 %

Spectre neutrons émergeants

20,1%

5,2%3,3% 2,4% 1,8%

6,0% 6,4%

54,8%

0,0%

1 2 3 4 5 6 7 8 9groupes

SPECTRE DE RALENTISSEMENT

65

TRAJECTOIRES DE NEUTRONS DE 5 MEV EMIS

DU CENTRE D’UNE SPHERE DE PLOMB DE 25 CM DE RAYON

66

FUITE DU NEUTRON

AVEC UNE ENERGIE DE 4,2 MEV

67

FUITE DU NEUTRON


68

FUITE DU NEUTRON


69

ABSENCE DE THERMALISATION ET DE CAPTURE

• TRANSMISSION EN FLUENCE :100 %

• TRANSMISSION EN DOSE : 102 %

OU L’ON COMPREND QUE LE PLOMB EST N’EST PAS UN BON ECRAN DE PROTECTION VIS-A-VIS DES NEUTRONS

CONTRAIREMENT A L’EAU !!

Spectre neutrons émergeants

0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,1% 0,3%

99,6%

0,0%

1 2 3 4 5 6 7 8 9groupes

70

Dose Neutron 5 MeV dans l'eau vs Rayon

1,0E-08

1,0E-07

1,0E-06

1,0E-05

1,0E-04

1,0E-03

1,0E-02

1,0E-01

1,0E+00

1,0E+01

0 c

m

2.5

5 c

m

7.5

10

cm

20

cm

30

cm

40

cm

50

cm

75

cm

10

0 c

m

15

0 c

m

20

0 c

m

MCNP n+g

DOSIMEX n+gamma

DOSIMEX neutron seul

RESULTATS MCNP BY COURTESY OF RODOLPHE ANTONI (CEA/CAD) ET LAURENT BOURGOIS (CEA/DAM DIF)

DOSIMEX-N VS MCNP

A PARTIR DE 75 CM D’EAU, CE SONT LES GAMMA DE

CAPTURE QUI PREDOMINENT

71

EXEMPLE PEDAGOGIQUE AVEC DOSIMEX-G

72


MODELISATION SIMPLIFIEE D’UN CONTENEUR DE DECHETS VITRIFIES

73



74



Si 2,3 g /cm3

Cs 137 :2E16 Bq

Cs 134 :5E15 Bq

Rh 106 :2E15 Bq

Φ= 40cm

H=130cm

Fe 1cm

d=100cm

77

CHOIX RADIONUCLEIDE

78

2E16 BQ DE CESIUM 137 (6,25 KG)

79

5E15 BQ DE CESIUM 134 (0,10 KG)

80

2E15 BQ DE RHODIUM 106 (16 G)

81

CHOIX MATRICE SOURCE

82

ECRAN FER POUR MODELISER LE

CONTAINER EN ACIER (1 CM)

83

TEMPS D’INTEGRATION : QQS MN

85

MERCURAD :

205 Gy/H

MERCURAD :

624 Gy/H

By courtesy of Jean-Lionel TROLET of the Ecole des Applications Militaires de l’Energie Atomique

86

MERCURAD :

205 Gy/H

MERCURAD :

624 Gy/H

By courtesy of Jean-Lionel TROLET of the Ecole des Applications Militaires de l’Energie Atomique

Pour info

Microshield :

454 Gy/H

87

FEUILLE DE SYNTHESE DES RESULTATS

88

MISE EN PLACE D’UN ECRAN DE PROTECTION :

15 CM DE PLOMB

91

MERCURAD :

853 µGy/H

MERCURAD :

1,05 mGy/H

92

MERCURAD :

853 µGy/H

MERCURAD :

1,05 mGy/H

Pour info

Microshield :

0,63 mGy/H

93

UNE SPECIFICITE DE DOSIMEX –G :

94


LE MAILLAGE EN PUISSANCE AUTO-ADAPTATIF

95



A LA SUITE DE LA REMARQUE L’UN DE NOS PREMIERS UTILISATEURS :

96




« LORSQUE JE CALCULE A DES DISTANCES PLUS FAIBLES, LA DOSE DIMINUE »

97





PALSAMBLEU !

98





PALSAMBLEU !

IL CODAIT UN SILO DE 9 M DE HAUT ET DE 4 M DE DIAMETRE !!

99





PALSAMBLEU !

IL CODAIT UN SILO DE 9 M DE HAUT ET DE 4 M DE DIAMETRE !!

EFFET DE MAILLAGE TROP GROSSIER

100

SOLUTION :

101

SOLUTION :

POUR EVITER D’AUGMENTER LE NOMBRE DE MAILLE (15)

(TEMPS DE CALCULS REDHIBITOIRES)

102

SOLUTION :



MAILLER FIN EN REGARD DU DETECTEUR ET PLUS GROSSIEREMENT

EN PROFONDEUR (MAILLAGE EN PUISSANCE)

103

SOLUTION :



MAILLER FIN EN REGARD DU DETECTEUR ET PLUS GROSSIEREMENT

EN PROFONDEUR (MAILLAGE EN PUISSANCE)

+

2) DIMENSIONNER LA PREMIERE MAILLE EN FONCTIONS DES LIBRES PARCOURS

MOYENS DES PHOTONS

106

EXEMPLE DE MAILLAGE ADAPTE POUR UNE EPAISSEUR DE 100 CM DE PLOMB

59 KEV : PREMIERE MAILLE : 70 µM

59 KEV : DERNIERE MAILLE : 46 CM

107

EXEMPLE DE MAILLAGE ADAPTE POUR UNE EPAISSEUR DE 100 CM DE PLOMB

1250 KEV : PREMIERE MAILLE : 6 MM

1250 KEV : DERNIERE MAILLE : 23

CM

108

VOLUME SOURCE PB CONTAMINE DE FAÇON HOMOGENE EN AM 241

109


110


LE DEBIT DE DOSE NE PEUT QU’AUGMENTER LORSQUE LA HAUTEUR D U CYLINDRE AUGMENTE

111


LE DEBIT DE DOSE NE PEUT QU’AUGMENTER LORSQUE LA HAUTEUR D U CYLINDRE AUGMENTE

112

Variation dose vs hauteur du cylindre

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0,01 0,1 1 10 100H (cm)

DE

D (

nS

v/h

)

113


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0,01 0,1 1 10 100H (cm)

DE

D (

nS

v/h

)

DOSIMEX-G

114


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0,01 0,1 1 10 100H (cm)

DE

D (

nS

v/h

)

DOSIMEX-G

MICROSHIELD

115


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0,01 0,1 1 10 100H (cm)

DE

D (

nS

v/h

)DOSIMEX-G

MICROSHIELD

MERCURAD uniforme

116


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0,01 0,1 1 10 100H (cm)

DE

D (

nS

v/h

)DOSIMEX-GMICROSHIELDMERCURAD puissanceMERCURAD uniforme

117

RAYON : 1000 KM !

120

CHOIX SOURCE « GENERATEUR X »

121

2 OPTIONS DISPONIBLES

122

OPTION CALCUL DEBIT DE DOSE DANS LE

FAISCEAU PRIMAIRE

127

CALCUL EN L’ABSENCE DE FILTRATION

128

DEBIT DE KERMA AIR ELEVE

129

KERMA GENERE ESSENTIELLEMENT

PAR LES FAIBLES ENERGIES

130

MISE EN PLACE D’UNE FILTRATION

(2 MM D’AL)

132

LE KERMA AIR CHUTE DE 209 mGY/MIN

A 14 mGY/MIN

133

SPECTRE SANS FILTRATION

134

SPECTRE AVEC FILTRATION

TRES EFFICACE SUR LES FAIBLES ENERGIES

138

OPTION APPLICATION NORME NF C15-160

151

RESULTATS STRICTEMENT CONFORME AUX RESULTATS DE LA

NORME

152

LES PROCHAINES EVOLUTIONS DE DOSIMEX –G, TOUJOURS EN FONCTION DES DEMANDES UTILISATEURS :

153


• SOURCE GAMMA : CALCUL DANS UN VOLUME AVEC DES SURFACES CONTAMINEES

154



• CALCUL ACTIVITE VS DOSE

155



• CALCUL ACTIVITE VS DOSE

• GENERATEUR X :CHOIX ANODE + REGLAGE ANGLE

156

ET DEJA DISPONIBLE EN VERSION D’ESSAI : LE CODE TAGE (TOTAL ABSORPTION GAMMA EFFICIENCY)

Rendements d'absorption totale vs énergie photon

0,00E+00

1,00E-03

2,00E-03

3,00E-03

4,00E-03

5,00E-03

6,00E-03

0 keV 200 keV 400 keV 600 keV 800 keV 1000 keV 1200 keV 1400 keV 1600 keV 1800 keV 2000 keV

Rendement d'absortion totale calculé

Valeurs expérimentales

157

MERCI DE VOTRE ATTENTION

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