Simulation d'activation par protons de 10 MeV

Bonjour,
Nous sommes dans l'impossibilité de caractériser par sepctro tous les radionucléides produits dans des alliages métalliques soumis à des protons de 10 MeV (pièces de cyclotron).

Mon interlocuteur ANDRA me suggère avec pertinence de faire des simulations numériques.
Pouvez-vous m'aiguiller sur les organismes qui peuvent m'aider dans ce travail ?
Je suis prêt à m'y lancer si les logiciels existent, mais j'en sais juste assez sur la simulation pour savoir que c'est piégeux pour les novices.

Merci de toutes vos suggestions,
Baldaquin

Dans les normes concernant les eaccélérateurs, il y a des annexes qui précisent les radioéléments qui peuvent être présents suite à activation.

Si tu as besoin de plus d'explication, je pourrais prendre le temps de regarder

Oui, s'il te plaît.
J'irai même jusqu'à dire que ça va intéresser tous ceux qui ont un accélérateur médical.
Merci de ton aide.

Bonjour,

En effet, l'annexe G de la norme NF M62-105, "Accélérateurs industriels : installations." est consacrée au risque d'activation. Ça peut donner des idées, mais je doute que ce soit suffisant pour l'ANDRA (reprise des déchets) voire l'ASN (pour un dossier d'autorisation).
Une bonne piste est en effet les simulations numériques de type Monte-Carlo. Personnellement, j'utilise FLUKA (www.fluka.org) depuis plusieurs années. MCNP est un poil plus connu en France, en gros ils font la même chose. À ceci près que concernant l'activation MCNP a besoin d'être couplé à un autre code alors que FLUKA gère tout (transport, interactions et décroissance radioactive).
Autre avantage non négligeable : FLUKA est gratuit et développé par des gens extrêmement accessibles (et compétents !) via une liste de discussion avec réponses dans les deux jours maximum.
Alors, je ne vais pas mentir : ce n'est pas très facile de s'y mettre, mais il a été développé ces dernières années une interface très conviviale qui limite fortement de se frotter au code lui-même.

À noter, il n'existe pas de manuel en français, l'original est en anglais.
J'ai personnellement rédigé ce que j'appelle un "mémo" et qui regroupe tout ce que j'ai appris en environ cinq ans en partant de la base. C'est évidemment non-officiel et non-vérifié par un développeur. Sur demande, je suis tout à fait disposé à diffuser ce document, voire à donner un coup de main pour aider à s'y mettre (au code) ou pour réaliser une étude (il se trouve que j'en fait régulièrement, mais là, je ne voudrais pas avoir l'air de faire de la pub, donc à voir en MP ou par mail).

J'espère que ça peut donner des idées.
À bientôt.

SW.

Bonjour a tous,
En effet j'ai déjà rencontrer ce problème chez un client.
Lors du démantèlement d'un accélérateur, L'ANDRA est réticente et ne veut en pas récupérer les pièces activée. Il demandent donc une identification et une quantification des radionucleïdes présent, notamment des émetteurs Bêta pur si je me souviens bien. Chose quasiment impossible à réaliser!
Le fournisseur de l'appareil quant à lui na pas vendu de radionucleïdes (puisque à l'installation les pièces n'était pas activée) il n'est donc pas obligé de récupérer le matériel.

C'est un problème connu, je crois que l'IRSN est en train de mener une étude sur ce sujet...

A mon avis prochainement les choses vont évoluer et l'ASN obligera l'ANDRA à récupérer ce matériel (moyennant finance bien entendu). Apres tout c'est leur rôle!

Bonjour,

effectivement, la simulation numérique de type Monte Carlo risque d'être la seule voie afin de donner des informations qualitatives et quantitatives sur les radionucléides susceptibles d'être produits par activation des matériaux d'un accélérateur. (Attention, au sens de la réglementation actuelle, le "susceptible de" à toute son importance !)
FLUKA est un très bon code pour ce genre de calculs comme l'indique SW. Mais avant de se lancer, il convient de bien étudier en détail la physique du phénomène pour intégrer les bonnes options ou les bons paramètres de physique et de transport au code. De même, attention à ne pas avoir la main trop lourde sur les hypothèses de départ pour le calcul du terme source. Rester le plus réaliste possible (c'est là l'une des gageures de l'utilisation de tels codes !)
Comme indiqué dans un autre post sur le forum (protons et RP), je te renvoie aux ouvrages cités par Elbe91130 et moi-même il y a quelques jours ; en particulier les NCRP reports 51 et 144, le TRS283 de l'AIEA et le Sullivan où tu pourras trouver énormément d'infos et de réf biblio.
Idéalement, il faudrait pouvoir valider tes résultats de calculs par des analyses, en particulier pour déterminer des ratios entre radionucléides présents mais pas détectables (type bêta purs ; au hasard : 63Ni) et radionucléides mesurables par spectro gamma, par exemple (type bêta-gamma comme le 60Co). De là, comme cela existe dans l'industrie nucléaire, spectres types par matériaux, résultats de spectro et constitution d'un dossier d'acceptation par l'ANDRA... si tout va bien.
Plus le fait que certains composants pourraient être "traités" par décroissance radioactive et ne pas être expédiés à l'ANDRA ; si tu peux démontrer par tes résultats l'absence de radionucléides de période supérieure à 100 jours. (Cf. Arrêté du 23 juillet 2008 qui est dispo sur le site du Cirkus, et subtilement décortiqué par nos Klowns préférés en plus !)

Gros boulot en perspective...

Bon courage,
en espérant que cela aide

Cordialement

Euh, désolé d'avoir écorché le pseudo, il s'agit de Elbe91310 et non 130.
J'espère qu'il me pardonnera...

Bonjour,
Groucho a tout dit y compris dans son correctif de post,
j'ajouterai qu'il existe une publication sur ce sujet :


http://www.radioprotection.org/articles/radiopro/pdf/2000/03/masson.pdf

Calculs et mesures de l'activation induite dans les bétons de protection d'un accélérateur d'ions de haute énergie
Calculations and measurements of activation in concrete radiological shielding produced by a high energy ions accelerator.
L. Masson, L. Bourgois
Radioprotection 35 3 (2000) 311-334
DOI: 10.1051/radiopro:2000111

j'oubliais aussi les travaux de l'Europe sur le sujet (il y même un cyclotron)


http://ec.europa.eu/energy/nuclear/publications/doc/eur19151.pdf

Youpi,
Merci à tous !
J'ai l'impression d'avoir du pain sur la planche, mais je me sens pas seul !
Je me lance de fluka et la doc (merci pour les réfs biblio, et les liens !)
et je reviens vers vous. Pas exclu qu'on requiert officiellement des compétences, d'ailleurs.

Idées à 2 cents : je pensais utiliser les quelques radionucléides en spectro gamma identifiés pour valider mes simulations. Vous pensez que c'est possible.

@ Niko : tu as bien cerné, notre problématique est la même que celle de ton client.

Baldaquin Ravi

baldaquin a écrit:

Youpi,

Idées à 2 cents : je pensais utiliser les quelques radionucléides en spectro gamma identifiés pour valider mes simulations. Vous pensez que c'est possible.

Baldaquin Ravi

oui tout à fait c'est le sens de la publication de radioprotection cité plus haut.

bonjour,
juste une précision sur les codes monté-Carlo, l'investissement peut être très important avec de sortir un résultat correct avec une statistique acceptable. Je parle de MCNPX (version de MCNP transportant toutes les particules y compris les ions https://mcnpx.lanl.gov/ ). je connais moins l'utilisation de FLUKA (peut être Sw peut nous dire si l'investissement est important). De plus la plupart des codes MC transportant les protons sont issus de la physique à haute énergie, vérifie bien qu'ils sont compatibles avec des protons de 10 MeV.
bon courage ...

Bonjour,

En effet, je le disais en creux vendredi, pour un novice complet, si l'on veut s'y mettre, il faut compter un temps certain, probablement variable selon les individus.
Il faut évidemment que ce soit un investissement qui vaille la peine, au-delà du besoin ponctuel d'une seule étude, sinon autant trouver d'autres solutions.
Concernant Fluka, effectivement destiné tout d'abord aux hautes énergies (cern), il est depuis longtemps très performant aux basses énergies.
J'ai rapidement fait un test pour des protons de 10 MeV sur de l'inox, on obtient des produits d'activation directement liés à la composition dudit inox.

Je m'y suis mis ce week-end et j'ai le même sentiment.
On y arrive mais l'investissement est lourd pour une seule fois.

Bonjour,

baldaquin a écrit:

On y arrive mais l'investissement est lourd pour une seule fois.

.

Une seule fois pour toi baldaquin! Essayez peut être de monter un groupe de travail la dessus, vous étés beaucoup à avoir le même problème!
J'aurais bien voulu vous aider mais je ne maîtrise pas trop les codes de calcul! Par contre quand tu dit :

baldaquin a écrit:

Idées à 2 cents : je pensais utiliser les quelques radionucléides en spectro gamma identifiés pour valider mes simulations. Vous pensez que c'est possible.

.

Je suis sur que cela marche. Je me souviens que lorsque j'était au CERN j'ai réaliser des spectros pour le groupe CERF dans ce but!

En fait, c'est l'ASN et l'ANDRA qui montent ce groupe mais je ne peux pas attendre leur conclusion pour ce petit problème là.

Citation :

Je suis sur que cela marche

Ca marche plus ou moins : mon spectro m'indique du Ra-226. J'y crois plus que moyen et ça m'étonnerait que SW ait trouvé ça sur de l'inox et des protons de 10 MeV.
Avez-vous une idée de raies gamma proches du Ra-226 qui auraient pu mettre mon spectromètre dans le lac ?

Baldaquin limite HS

Bonsoir Baldaquin,

Est-ce que le radium est seul ou accompagné ? Ton spectro t'indique du Ra-226 parce qu'il identifie une raie à 186keV seule ? Ou bien as-tu d'autres raies issues de ses descendants ? (Au fait, ta spectro NaI ou Ge(HP) ? Quid du BdF ?)
Je ne connais pas très bien les produits d'activation dû au faisceau de protons sur de l'inox, mais je ne pense pas qu'autour de 180keV il y ait forcément beaucoup de monde. Par contre, à d'autres énergies, proches de certaines raies issues de descendants du Ra-226, cela pourait être une autre histoire.

Bonsoir à vous
Important de savoir si on a le radium seul ou ses descendants avec...
Le 609 keV par exemple est un grand classique.
Le radium seul 186 keV à 3.3 % (bof !)
Par contre avec les descendants
295 keV 18.7 %
351 keV 35.8 %
609 keV 45 %
Si je regarde autour de 609 keV avec ma bibli (LARA) j'ai :
du Ni65 mais avec une intensité ridicule 0.14%
Il a deux autres raies à 1115 et 1481 keV avec des intensités supérieures à 15 %
Pas grand chose en produits d'activation.
KLOUG

Bonsoir,

En gros les produits d'activation seront assez proches (au niveau classification périodique) des éléments consitutifs dudit inox (des Mn, Fe, Co, Cu, Ni, Mo, etc., certains ont des raies gamma assez énergétiques > 1 MeV).
Ça m'étonnerait fort qu'il y ait des actinides dans la composition de l'inox, voire du radium. Il y a quelquefois de l'uranium appauvri dans certains blindages type gammagraphe comme vous le savez certainement, mais sur un cyclotron...
Il reste encore la possibilité d'une éventuelle contamination ?
Ou bien sûr une interférence qui trouble l'analyse du spectre comme l'évoquent Groucho et Kloug.

J'ai bien Co-60 et et Mn-54 par exemple.
Aussi du 511 keV qui vu la décroissance* me semble être du Na-22.

Pour le radium, je pense plus être parasité par le 609 keV mal interprété vu l'intensité de ce côté, mais je n'ai pas cherché l'info sur l'heuristique de l'interceptor (je ne pensais jamais en voir dans le médical, à part le Ra-223).

Etant donné la faible période physique du Mn-54 (et du V-48, aurais-je omis de vous en parler ?) je vais quand même attendre un peu pour laisser disparaître quelques pics et y voir plus clair.

Ca me laisse le temps de me plonger dans Fluka.**

Baldaquin
* : ou plutôt non-décroissance dans le cas présent.
** tentative de recoller au post initial,

Merci énormément de votre soutien.

qtool :

• Je suis allé sur qtool auparavant (elbe il me semble que c'est toi qui avait déjà donné ce lien très pratique, merci !),
  
• çà devient compliqué quand je prend des alliages de 50 métaux ou que je prend en compte des interactions possibles avec les radionucléides créés.
  
• je le vois comme une solution de repli si je ne maîtrise pas assez Fluka.
  

Age :
Le cyclotron a fonctionné de 1999 à maintenant. Des pièces de diverses compositions ont été sorties du faisceau tous les 3 mois environ (je ne sais pas laquelle a été retirée quand, ce qui m'empêche d'estimer la décroissance par pic).

Temps mort :
Je vais être franc, sur l'interceptor il y a un indicateur graphique de niveau de signal (low/good/over) et pas de DT chiffré (le FieldSpec fait les deux). Je vais voir dans le menu si je peux l'afficher.

Petite dernière :
La réaction Al-27(n,2p4n)Na-22 avec des neutrons de 10 MeV, vous pensez cela plausible ?
C'est dans la publi européenne qu'a cité Kloug et expliquerait le 511 keV très très présent, et pas décroissant.

Merci encore de toute votre aide,
BaldaquHumble

baldaquin a écrit:

Merci énormément de votre soutien.

• 
  
  Petite dernière :
  La réaction Al-27(n,2p4n)Na-22 avec des neutrons de 10 MeV, vous pensez cela plausible ?
  C'est dans la publi européenne qu'a cité Kloug et expliquerait le 511 keV très très présent, et pas décroissant.
  
  Merci encore de toute votre aide,
  BaldaquHumble

d'après Qtool la réaction que tu cites Al27(n,2T) a un seuil de 35,1 Mev donc avec tes protons de 10 MeV c'est un peu juste ...
de mémoire dans la publi EU il s'agit d'aluminium présent dans les bétons bombardées par les neutrons produit par un cyclo de plus haute énergie voire d'un synchrotron de 3 GeV.