Development of neutron detectors for use in radiation protection

par Nesrine Dinar

Thèse de doctorat en Physique des accélérateurs

Sous la direction de Patrick Puzo.

Le président du jury était Marie-Hélène Schune.

Le jury était composé de Patrick Puzo, Marie-Hélène Schune, Frank Gunsing, Didier Lacour, Marco Silari, Pierre Barrillon.

Les rapporteurs étaient Frank Gunsing, Didier Lacour.

  • Titre traduit

    Développement de détecteurs de neutron pour l’utilisation en radioprotection


  • Résumé

    La première partie de cette étude a consisté à tester les performances de plusieurs détecteurs de neutrons habituellement utilisés pour la radioprotection des accélérateurs de particules à haute énergie. La comparaison a été réalisée à la CERF, un champ unique qui simule le spectre neutronique rencontré à proximité d’accélérateurs à haute énergie et à des altitudes de vols commerciaux. La campagne a permis de comprendre le comportement des différents détecteurs et de quantifier leurs sur/sous- estimations par rapport à la fonction d'équivalent de dose ambiante de référence et de réaliser le benchmark des nouvelles simulations FLUKA réalisée en 2017. La deuxième partie de cette thèse portait sur l’exploration d’un détecteur à neutrons rapides destiné à un nouvel appareil de mesure capable de fonctionner en présence d’un champ magnétique puissant. Le CLYC a été choisi comme candidat potentiel pour la détection neutronique en raison de ses propriétés prometteuses, telles que sa capacité à discriminer les rayons gamma des neutrons rapides et sa résolution énergétique. Cette thèse évalue les performances d'un large cylindre CLYC couplé à une matrice SiPM et compare les résultats à ceux des PMT. Les capacités spectrométriques du CLYC ont été soulignées. Pour le comptage neutronique de nouveaux matériaux ont été étudié en perspective.


  • Résumé

    The first part of this study consisted in testing performance of the several neutron detectors usually employed for radiation protec- tion at high-energy particle accelerators. The in- tercomparison was made at CERF, a unique workplace field that simulates the neutron spec- trum encountered in the proximity of high-en- ergy accelerators and at commercial flight alti- tudes. The CERF intercomparison campaign allowed to understand the behaviour of the different detector and quantify their over/underesti- mations with respect to the reference ambient dose equivalent function. Moreover, these experimental data were used to benchmark the new FLUKA simulation performed in 2017. The second part of this thesis was the investigation of a fast neutron detector for a novel radiation survey meter (called B-RAD) able to operate in the presence of a strong magnetic field, to be used for radiation surveys e.g. in the LHC experimental areas. The CLYC was selected as potential candidate for neutron detec-tion because of its promising properties, such as its capability to discriminate gamma rays from fast neutrons and its energy resolution. This thesis evaluated the performance of a 1- inch right CLYC cylinder coupled with a large SiPM array and compared the result with PMTs. The capacity of the CLYC+SiPm for spectros-copy was underligned. For neutron counting, new materials were investigated.


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