Optimisation de combinaisons de faisceau et de cible pour les systèmes de réacteurs hybrides et pour la production de faisceaux radioactifs par fission

This thesis work consists of two parts: a) theoretical, and b) experimental. We combine and use the high energy transport code LAHET, the low energy transport code MCNP, and the activation code CINDER. Our benchmarking calculations show that LAHET neglects the Coulomb dissociation for deuterons. By adding this missing term, we obtain a good agreement with the available data. We also conclude that LAHET describes well the data for isotope production yields if the ORNL fission model is employed for nuclei with Z>90. The 'default' RAL fission model gives too broad isotopic distributions and fails to reproduce the data in absolute value. We examine different combinations of beams, beam energies, spallation target and multiplying medium materials in order to optimize the neutron production, energy amplification and isotope production via neutron induced fissions. We show that the (d,xn) reactions could bring a number of important advantages when compared to the (p,xn) reactions. We conclude that the use of deuterons instead of protons should result in higher primary beam intensities, lower costs of the system and facilitate radioprotection problems. Within the SPIRAL Phase-II project at GANIL, we propose d(100 MeV)+Be→xn+U as an optimum combination for the production of neutron rich nuclei in the mass region 75≤A≤160. However, the production of tritium gas in the target-converter should be considered carefully. The use of heavier metal targets-converters may cause more severe problems of radioprotection.Our experimental work is closely related to the theoretical investigations. We measure the complete proton spectra for 1.00 and 200 MeV deuteron induced reactions on 8 thin targets (Be, C, Al, Ni, Nb, Ta,, Pb and U) and in the angular region 8 deg C ≤ θp ≤ 120 deg C. The experiments were carried at LNS (Saclay, France) and at NAC (Faure, South Africa). Good quality data (within 10% in absolute value and with 4-8 MeV energy threshold) support our improved LAHET physics modelling for (d,xp) and, consequently, for (d,xn) reactions.Ce travail de thèse se compose d'une partie théorique et d'une partie expérimentale. Nous combinons et utilisons les codes de transport de haute énergie LAHET, de basse énergie MCNP et le code d'activation CINDER. Nos calculs de validation des codes montrent que LAHET néglige la dissociation coulombienne du deutéron. En ajoutant cette contribution, nous obtenons un bon accord avec les données. Nous concluons également que LAHET reproduit bien la production d'isotopes si le modèle de fission ORNL est utilise pour des cibles avec z > 90. Le modèle de fission RAL donne des distributions isotopiques trop larges et ne reproduit pas les données en valeur absolue. Nous examinons différentes combinaisons de faisceaux (projectile, énergie), de cibles de spallation et de cœur de réacteur pour la production de neutrons, l'amplification d'énergie et la production de faisceau radioactif par fission. Nous montrons que les réactions (d, xn) pourraient apporter un certain nombre d'avantages importants, comparées aux réactions (p, xn). Nous concluons que l'utilisation de deutérons au lieu de protons devrait conduire a des intensités de faisceau primaire plus élevées, a un prix réduit du système et a moins de problèmes de radioprotection. Dans le projet SPIRAL Phase-II au GANIL, nous proposons la combinaison d(100 MeV)+Be→xn+U pour une production optimum de noyaux riches en neutron dans la région de masse 75≤A≤160. Cependant, la production de gaz de tritium dans la cible de conversion devrait être soigneusement étudiée. Nous prouvons également que l'utilisation des cibles de conversion de métal plus lourd peut poser des problèmes de radioprotection plus graves. Notre travail expérimental est directement relié aux investigations théoriques. Nous mesurons les distributions en énergie de protons produits par des deutérons de 100 et de 200 MeV sur 8 cibles minces (Be, C, Al, Ni, Nb, Ta, Pb et U) et dans la région angulaire 8° ≤ θp ≤ 120°. Les deux expériences ont été réalisées au LNS (Saclay, france) et au NAC (Faure, Afrique du Sud). Les données de bonne qualité (10% en valeur absolue et un seuil en énergie de 4-8 MeV) sont bien reproduites par le modèle LAHET amélioré pour les réactions (d, xp) et, par conséquent, pour les réaction (d, xn)