II. 3. a. Section efficace microscopique
La probabilité qu'un neutron interagisse avec un noyau
selon une réaction donnée dépend non seulement du type de
noyau mais aussi de l'énergie du neutron. La probabilité qu'une
réaction ait lieu entre un neutron et un noyau est appelée
section efficace microscopique, notée ó. Elle s'exprime le plus
souvent en barn tel que [16] :
1 barn =10-24cm2
‡U. 3. b. Section efficace
macroscopique
La section efficace macroscopique est la probabilité
qu'un neutron interagisse avec la matière pour une unité de
longueur, et au nombre de noyaux par unité de volume. Elle Est
donnée par la relation suivante [16] :
E = N. a = ( P NA/M ). a (11)
Là où :
E : section efficace macroscopique
(cm-1) ;
N : nombre de noyaux par unité de volume
(cm-3) ;
a : section efficace microscopique
(barn) ;
p : densité du matériau
(g.cm-3) ;
Na : nombre d'Avogadro (6.022
x1023 mol-1) ;
M : masse atomique du matériau
(g/mol).
Chapitre II interaction
Neutron-Matière
17
Figure 8 : Définition de la section
efficace macroscopique.
La section efficace macroscopique Ó a
les dimensions de l'inverse d'une longueur (cm-1),
c'est la probabilité par unité de parcours pour le processus
spécifique décrit par la section efficace microscopique
ó. Pour une combinaison de tous les processus, on
ajoute les sections efficaces pour chaque interaction individuelle, c'est la
section efficace totale et qui est donnée par [16] :
Ótot= Ó diffusion + Ó capture + ...
Cette notion de section est très importante pour le
choix du matériau de la structure du dispositif porte-source. Et comme
le dispositif est principalement utilisé pour ralentir les neutrons
émis par une source de neutrons, il doit être
réalisé dans un matériau à section efficace de
diffusion et/ou d'absorption assez importante.
Le tableau ci-dessous montre une petite comparaison du
section d'absorption et de diffusion entre quelques matériaux :
Noyau
|
Masse
|
Section de
diffusion
|
Section
d'absorption
|
Hydrogène
|
1.00
|
20.4
|
0.332
|
Deutérium
|
2.00
|
3.40
|
0.0051
|
Béryllium
|
8.93
|
6.00
|
0.0076
|
Carbone
|
12.01
|
4.74
|
0.00337
|
Oxygène
|
15.86
|
3.89
|
0.000191
|
|
Tableau 4 : comparaison du section efficace
[17].
Grâce à cette étude comparative des
matériaux pouvant être utilisés comme matériaux de
construction, nous avons choisi l'hydrogène (la paraffine ou l'eau)
comme un matériau de remplissage et l'aluminium comme matériau de
structure.
Chapitre II interaction
Neutron-Matière
18
Figure 9 : Section Efficace des matériaux
ralentisseurs/Diffuseurs de neutrons
Caractéristique des matériaux
hydrogénés :
· Un coût pratiquement nul.
· Des propriétés thermodynamiques
intéressantes et bien maîtrisées par les industriels.
· Un pouvoir modérateur exceptionnel : ce
paramètre, qui caractérise la capacité d'un
matériau à ralentir les neutrons, est le produit. En effet, pour
un bon matériau ralentissement.
Ø Un autre critère doit également
être considéré, à savoir le prix et la
disponibilité des
matériaux sélectionnés.
‡U. 4. Notion du libre parcours moyen
L'inverse de la section efficace macroscopique,
1/s, est le libre parcours moyen des Neutrons,
c'est-à-dire la valeur moyenne de la distance X
à laquelle se produit la première Collision. Il est
donné par :
ë (cm)= 1/s (12)
Là où :
s : section efficace macroscopique
(????-??)
Chapitre II interaction
Neutron-Matière
‡U. 5. L'atténuation des neutrons
Si un faisceau de neutrons traverse un matériau
(absorbant ou diffusant), l'intensité du faisceau de
neutrons détectés, décroît exponentiellement avec
l'épaisseur de ce dernier selon la loi exponentielle suivante
[19] :
I = Jo??-????????? (13)
Avec :
I : Intensité du faisceau
transmis ;
Jo: Intensité du faisceau
incident ;
Ótot : Section efficace
macroscopique totale.
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