Comparaison du diamant et du carbure de silicium (SiC) pour la détection de neutrons en milieux nucléaires

Comparing of a SiC and a sCVD Diamond detectors for neutrons detection

• Auteur / Autrice : Olga Obraztsova
• Direction : Olivier Palais, Laurent Ottaviani, Abdallah Lyoussi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Micro et Nanoélectronique
• Date : Soutenance le 24/10/2018
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP) (Marseille, Toulon)
• Jury : Président / Présidente : Cinzia Da Via
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sandrine Juillaguet, Christophe Destouches
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cédric Carasco, Dominique Planson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanoélectronique

Diamant

Nitrure de gallium

Carbure de silicium

Détecteurs de neutrons

Industrie nucléaire

Mots clés libres

Détecteurs de neutrons

Instrumentation Nucléaire

Carbure de Silicium

Semi-Conducteurs

Diamant

Nuclear Instrumentation

Neutron detectors

Silicon Carbide

Diamond

Résumé

Aujourd’hui les réacteurs d’irradiations technologiques (MTR) ont un rôle de premier plan pour l’industrie du nucléaire. Dans les réacteurs d’irradiation les niveaux de flux neutroniques et photoniques sont très importants. Un des besoins cruciaux des mesures en MTR est la mise en œuvre d’un dispositif de détection de rayonnement, précis, sélectif, fiable et robuste dans les conditions extrêmes de flux neutroniques et photoniques, et de températures élevées. Les semi-conducteurs à grande bande d’énergie interdite tels que le carbure de silicium (SiC) le diamant et le nitrure de gallium (GaN) possèdent des propriétés remarquables en termes de tenue en température et de résistance aux radiations. Cette thèse a pour principal objectif la comparaison des performances des détecteurs de neutrons dont les parties sensibles sont faites de carbure de silicium (SiC) avec celles des détecteurs basés sur le diamant pour la mesure de neutrons en conditions d’irradiation identiques. Pour cela nous avons réalisé les essais d’irradiation dans le réacteur de recherche de type maquette critique MINERVE au CEA Cadarache. Nous avons également testé les capteurs pour la détection des neutrons rapides de 14 MeV afin d’investiguer la future possibilité de mesurer en ligne des flux de neutrons rapides notamment pour les besoins de la fusion nucléaire (projet ITER). L’ensemble de ces travaux contribue à l’amélioration de la fonctionnalité du détecteur de neutrons en SiC, qui peut être augmentée en intégrant le détecteur à une électronique adaptée et aux outils spécifiques pour l’analyse du signal développés dans le cadre de cette thèse.

Nowadays, the material testing reactors (MTR) are playing a crucial role for nuclear industry. The research reactors allow carrying out the research on material damage and nuclear fuel advanced studies. Harsh radiation environment near the nuclear reactor core requires the radiation detectors to be resistant to high radiation level and high temperature. Neutron radiation detector for nuclear reactor applications plays an important role in getting information about the actual neutron flux. Most suitable semiconductors for harsh environment applications are SiC and diamond thanks to their outstanding properties. The aim of this thesis is to compare the ability of these two semi-conductors to detect neutrons. For this purpose, the neutron irradiation tests of detectors were implemented at MINERVE nuclear research reactor at CEA Cadarache. In this work we also studied the response of both materials to 14 MeV neutron beam with the prospect for future applications for fusion facilities. This work helps to improve the SiC-based detector characterization. The functionality of this detector could be enhanced by integrating it with appropriate radiation resistant electronics and tools for the signal analysis which was developed in the frame of this thesis