Dans ce chapitre on a introduit l'outil de simulation
utilisé pour la mise en oeuvre du travail décrit dans ce
manuscrit. On s'est concentré beaucoup plus sur la structure et le
contenu du fichier d'entrée "Input file". Les définitions des
cartes que contient ce fichier sera tous utilisés dans le chapitre
suivant pour décrire le travail réalisé.
CHAPITRE ‡W : Modélisation du
dispositif Porte-source neutronique
Chapitre IV modélisation du dispositif porte
source neutronique
31
IV. Introduction
Dans ce chapitre nous décrirons l'ensemble des travaux
de simulation entrepris dans le cadre de ce projet de fin d'étude. D'une
manière abstraite, et du point de vue géométrie, le
problème à traiter a pu être réduit en un ensemble
de cylindres concentriques de matériaux différents. Ceci est
dû au fait que la forme de la source neutronique est cylindrique. Donc,
tout ce qui va être construit autour, comme dispositif porte-source, va
suivre la géométrie de base et sera cylindrique. Tout le
dispositif ainsi formé, y compris la source neutronique, va être
simulé par le code de simulation MCNP5. Les
résultats de cette simulation vont être présentés
sous forme de tableau de doses de neutrons autour de ce dispositif
porte-source. C'est ainsi et pour avoir des valeurs de dose en dessus des
seuils admissibles on augmentait à chaque fois le rayon du dispositif,
d'où la quantité de la paraffine autour de la source. Il est
à noter ici que cette opération ne pouvait pas être refaite
indéfiniment parce qu'une autre contrainte était également
là : c'était la contrainte du poids du dispositif. Car si on
augmentait indéfiniment le rayon du dispositif, le poids augmentera en
conséquence et on aura un grand problème pour soulever et
déplacer ce système. C'est pour cela qu'une étude
parallèle portant sur la structure et le poids du dispositif a
été également entreprise.
IV. 1. Présentation du dispositif
Porte-source
Comme on l'avait déjà énoncé en
haut, le dispositif à simuler peut-être réduit en un
ensemble de cylindres concentriques de matériaux différents. Un
cylindre creux représentant la structure mécanique en Aluminium,
le cylindre relativement plein correspondant à la paraffine comme
matériau de ralentissement des neutrons. Et en fin, le cylindre plein
correspondant à la source neutronique. Un aperçu sur cette
géométrie sous forme de cylindres imbriqués est
représenté par la figure ci-dessous (Figure 14).
Les dimensions mentionnées sont à titre indicatif seulement.
Chapitre IV modélisation du dispositif porte
source neutronique
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Figure 14 : Forme du dispositif pour une
épaisseur de paraffine de 5cm.
IV. 2. La modélisation du système par le
code MCNP5
IV. 2. 1. Elaboration du fichier
d'entrée
IV. 2. 1. a) Modélisation
Géométrique
L'élaboration du fichier input a été une
étape importante dans le travail qu'on avait réalisé.
Après avoir identifié les constituants du dispositif, leurs
géométries et les dimensions (fixes et variables)
associées, nous avons reporté ces données dans le fichier
input MCNP5.
Les parois du dispositif, qui vont être soit en aluminium
ou en acier, sont modélisées par un ensemble de quatre cellules
(Figure 15). A ces dernières sont associées les
surfaces qui les délimitent.
Ces parois métalliques entourent une couche de paraffine.
Et afin d'étudier l'effet de cette paraffine sur la dose de neutron
autour du dispositif porte source, nous avons préparé plusieurs
fichiers d'entrés MCNP5, là où
l'épaisseur de la paraffine a été variée de
5cm à 20cm avec un pas de
1cm.
Chapitre IV modélisation du dispositif porte
source neutronique
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Figure 15 : modèle MCNP5 du dispositif
porte-source.
Et pour avoir des mesures de dose dans le volume d'air qui
entoure le dispositif, dans un cylindre de 2 m de rayon, celui-ci, i. e. l'air,
a été subdivisé en quatre-vingts cellules (figure
16). Chacune de ces cellules a pour dimensions 10cm x 10cm.
Figure 16 : modèle de volume entourant
le dispositif porte source.
Chapitre IV modélisation du dispositif porte
source neutronique
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Etant donné qu'il y a une grande symétrie dans
la géométrie du système considéré, la dose a
été déterminée en considérant un quart (20
cellules) seulement, la valeur de doses dans les autres cellules pourrait
être déduite par symétrie.
Aussi, et du point de vue matériaux de structure, la
simulation a été faite pour deux types de matériaux. Nous
avons déterminé les doses ambiantes pour un dispositif en
aluminium puis, on refait la même chose pour un dispositif de même
géométrie mais en acier et ceci afin qu'on puisse voir l'effet
des deux matériaux sur la dose environnante.
IV. 2. 1. b) Données de matériaux dans
MCNP5
En utilisant les bibliothèques et les bases de
données du code MCNP5, Nous avons choisi les matériaux qui
composent le dispositif, à savoir, l'aluminium ou l'acier, la paraffine
et l'air. Ces données ont été introduites dans les
endroits réservés dans le fichier d'entrée.
IV. 2. 1. c) Paramètres de calculs
Dans cette partie du fichier d'entré, il y a lieu de
définir quelques données spécifiques du programme sa
simulation à savoir les caractéristiques de la source
neutronique. Pour cela, nous avons défini une source ponctuelle isotrope
avec une distribution d'énergie allant de 0 à 11 MeV et
positionnée au centre du dispositif. Les données relatives
à cette source ont été obtenues à travers la norme
[10].
Sachant que cette étude a pour but le calcul de dose,
nous avons utilisé le tally « F4 » pour calculer le flux
volumique et le facteur de conversion « de4/dF4 » pour convertir ce
flux vers des valeurs de doses.
IV. 3. Etude de la dose par le code MCPN5
IV. 3. 1. Choix du matériau de la
structure
Pour la conception et le dimensionnement du dispositif
porte-source on doit tout d'abord choisir le matériau de la structure
mécanique (l'enveloppe). Au premier abord, deux choix différents
s'offraient à nous : Soit l'Aluminium ou l'Acier. Chacun de ces deux
métaux avait ses avantages et ses inconvénients, mais dans ce cas
de figure ce qui importait le plus c'était le taux de ralentissement des
neutrons induit par chacun. Et pour faire un choix judicieux, on a opté
pour des simulations séparées pour chaque élément.
Pour chaque matériau, nous avons choisi trois épaisseurs de la
paraffine (5, 10 et 20cm), Les valeurs de doses obtenues sont reportées
dans le tableau qui suit :
Chapitre IV modélisation du dispositif porte
source neutronique
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La dose (mRm/h)
