Étude de blindage pour le projet ALTO avec le code Fluka

Journées Accélérateurs de la SFP-octobre 2005

Maher CHEIKH MHAMED - IPNOMaher CHEIKH MHAMED - IPNO 1

Étude de blindage pour le projet ALTO avec le code Fluka

Présenté par : Maher CHEIKH MHAMED

[email protected]

Institut de Physique Nucléaire d’OrsayDivision Accélérateur/Pôle Tandem-ALTO

Groupe cibles & sources



Plan

Partie I : Blindage Partie I : Blindage d’ALTO : paramètres et d’ALTO : paramètres et contraintes contraintes

PartiePartie II : II : Résolution avec Résolution avec le code FLUKAle code FLUKA

Caractéristiques

Vue d’implantation

Cibles et photofission

Contraintes

Code de calcul FLUKA

Traitement des électrons et photons dans fluka

Technique de biaisage

Simulations

Scénarios

Modélisations

Résultats



Part I:

• Caractéristiques

• vue d’implantation

• cibles et photofission

• Contraintes

Accélérateur Linéaire auprès du Tandem d’Orsay

Caractéristiques : Énergie : 50 MeV Courant moyen max : 10 µA Perte en énergie [dE/E] < 5% Fréquence de répétition : 100 Hz max Intensité du courant des pulses : 12 mA Durée des pulses < 2µs Longueur : ~12 m



Vue d’ensemble d’ALTO

Beamstop

Section accélératrice

ECS

[Cible 238UCx]

Part I:

Caractéristiques


• Cibles et photofission

• Contraintes


Maher CHEIKH MHAMED - IPNOMaher CHEIKH MHAMED - IPNO 5ARMOIRE EAU D.

CIRCUIT D'EAU DESIONISEE

Séparateur d’Isotopes en ligne

Aire expérimentale

Vue d’ensemble (2)

Part I:

Caractéristiques



• Contraintes



Photofission

Production estimée Production ALTO ~ 100 × PARRNE ~1011 fissions/sec Flux de photons très intenses Neutrons rapides > 10 MeV

0,16 barn

Cibles

238UCx (3 semaines d’irradiation)

Ø = 14 mm , ~90 pastilles de 1 mm d’epaisseur

350 W de puissance absorbée

150 W de puissance émise sous forme de rayonnement gamma

Part I:

Caractéristiques



• Contraintes



Contraintes

Bâtiment déjà existant Contrainte de poids et

espace insuffisant pour

un blindage usuel

(béton, …)

Géométrie optimisée( ALARA rule )

Part I:

Caractéristiques



Contraintes



Normes de radioprotection

10 µSv/h

0,5 µSv/h

0,5 µSv/h

12 m

2 µSv/h

Part I:

Caractéristiques



Contraintes




Option: EMF: Electro Magnetic Fluka Domaine d’énergie pour : e+, e-, : 1 keV – 1000 TeV

Part II:


• Électrons et photons dans fluka

• Technique de biaisage

• Estimateurs

Simulations

• Description

• Modélisations

• Résultats



Traitement des Électrons et photons dans FLUKA

Phénomènes physiques prises en considération pour la photofission :

Effet photoélectrique Effet Compton et Raleigh Production de paires Réactions photo-nucléaires

interaction au niveau de la GDR

Interaction au niveau des Résonances DELTA

Possibilité d’augmenter la probabilité d’interaction par biaisage des interactions inélastiques

Interaction atomique en dE/dX avec perte en énergie en

continue en dessous du seuil.

Interaction électron/positron : Bremsstrahlung & annihilation

Transport: Multiple Diffusion Coulombienne (MCS)

Part II:




• Estimateurs

Simulations

• Description

• Modélisations

• Résultats



Biaisage Deux techniques combinés ou séparées:

Surface splitting diminue la variance & augmente le CPU

Roulette russe augmente la variance & diminue le CPU

Le biaisage permet d’améliorer la statistique du calcul dans les régions de fortes atténuations pour faire face au problème pénétration profonde des particules.

Part II:



Technique de biaisage

• Estimateurs

Simulations

• Description

• Modélisations

• Résultats



Débit de dose

Fluence:

Dose équivalente: (subroutine deq99c.f)

tE

E dtddE,,

,

dV

dl

dA

dNN

k k

1

E E dEEC )(

Part II:


Électrons et photons dans fluka


Estimateurs

Simulations

• Description

• Modélisations

• Résultats



Simulation setup Définition des matériaux Modélisation de la géométrie Module “Biasing" Paramètrisation du faisceaux (énergie, position) Définition des seuils en énergie pour les particules mises en

jeu. Définition des estimateurs:

USRBIN :

EVENTBIN:

Permet de calculer la quantité d’énergie déposée ou la fluence de la particule dans un élément du maillage indépendant de la géométrie (bin)

Même rôle que USRBIN Permet d’imprimer les résultats dans des fichiers "output"

Part II:




Estimateurs

Simulations

• Description

• Modélisations

• Résultats



Scénarios de la simulation Le calcul est fait en deux étapes:

Calculs avec des géométries simplifiées

Validation du modèle

Calculs avec des géométries quasi-réelles (tenir compte des détails importants et qui influent sur le résultat de calcul: chicane, portes, les éléments qui peuvent influer l’interaction des neutrons.

Validation définitive du modèle et du résultat.

Part II:




Estimateurs

Simulations

Description

• Modélisations

• Résultats



Modélisation de la géométrie

Module FLUKA: Combinatorial Geometry

Éditeur de géométrie: 2D: Alife

3D: SimpleGeo

Structure du blindage structure segmentée (forme sandwich)

Exemple1: Modélisation du Bâtiment

Exemple2: Modélisation du Beamstop

Exemple3: Modélisation de La cible

Part II:




Estimateurs

Simulations

Description

Modélisations

• Résultats



Modélisation du bâtiment

Part II:




Estimateurs

Simulations

Description

Modélisations

• Résultats



Modélisation du BeamStop (1)

Part II:




Estimateurs

Simulations

Description

Modélisations

• Résultats



Modélisation du beamstop (2)

Part II:




Estimateurs

Simulations

Description

Modélisations

• Résultats



Simulations

gamma neutrons

Part II:




Estimateurs

Simulations

Description

Modélisations

Résultats



Simulations

Débit de dose total

Part II:




Estimateurs

Simulations

Description

Modélisations

Résultats



Modélisation de la Cible

Part II:




Estimateurs

Simulations

Description

Modélisations

• Résultats



Blindage ECS

Part II:




Estimateurs

Simulations

Description

Modélisations

• Résultats



SimulationsDébit de dose total Débit de dose total

Part II:




Estimateurs

Simulations

Description

Modélisations

Résultats



Conclusion & Remarques (1)

Processus dominants Génération du rayonnement gamma très énergétique par

cascade électromagnétique. 90 % émis vers l’avant. 10% loin d’être négligeable.

Génération des neutrons réactions (g, n)

Structure du blindage La forme segmentée est la plus adaptée dans ce cas, vu les

contraintes du problèmes. Importance de l’ordre des couches (critique)

l’ordre d’empilement doit être optimisé.

Part II:




Estimateurs

Simulations

Description

Modélisations

Résultats




Blindage neutrons Modération :

Modérateur (Forte teneur en hydrogène Polyéthylène, H2O, …

Capture lente de H gamma de haute énergie (n, g) Absorption :

Capture rapide (dopage) BPE, LiPE, Eau borée(5%) ... Génération g de faible énergie blindage facile (Pb)

Fer Double fonction : g, neutrons d’albédo

Part II:




Estimateurs

Simulations

Description

Modélisations

Résultats




Blindage gamma Pb

E < 1 MeV Absorption photoélectrique dominanteE < qq MeV Absorption production de paires

dominante

Fe g de hautes énergies

production des neutrons par la cascade hadronique et la diffusion inélastique (n, n’g) dans Pb & 56Fe

Part II:




Estimateurs

Simulations

Description

Modélisations

Résultats



Fin

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