Détection de neutrons avec un détecteur de type micromégas : de la physique nucléaire à l'imagerie

par Julien Pancin

Thèse de doctorat en Sciences physiques et de l'ingénieur. Noyaux, atomes, agrégats, plasmas

Sous la direction de Samuel Andriamonje.

Soutenue en 2004

à Bordeaux 1 , dans le cadre de École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde) .

Le président du jury était Bernard Haas.

Le jury était composé de Samuel Andriamonje, Bernard Haas, Enrique Miguel‏ González Romero, Marek Lewitowicz, Ioannis Giomataris, Frank Gunsing.

Les rapporteurs étaient Enrique Miguel‏ González Romero, Marek Lewitowicz.

mots clés

• Détecteurs de rayonnement
• Neutrons -- Mesure
• Imagerie

Résumé

Micromégas est un détecteur gazeux à deux étages composés d'un espace de dérive et d'un espace d'amplification séparés par une microgrille. Il a été conçu en 1996, initialement pour la détection de particules de hautes énergies. Ses qualités (faible coût, bonne résolution spatiale, bonne résolution temporelle) font de lui un bon candidat pour d'autres applications et notamment la détection de neutrons. Deux modes de conversion permettent de rendre le détecteur Micromégas sensible aux neutrons, particules ne produisant pas d'ionisation. A basse énergie, les réactions n(6Li,α)t ou 10B(n,α)7Li sont utilisées en positionnant du 6Li ou du 10B en entrée du détecteur. A plus haute énergie, supérieure à quelques keV, les neutrons sont détectés par leurs collisions élastiques sur les atomes du gaz, notamment sur l'hydrogène ou l'hélium qui sont alors détectés par ionisation. Ce nouveau détecteur de neutrons a été étudié plus particulèrement à travers trois applications : la caractérisation de la forme du faisceau de neutrons de l'installation n_TOF au CERN, l'estimation de l'énergie des neutrons incidents par l'angle de recul des atomes du gaz et enfin l'imagerie neutronique. Ces trois applications ont requis différentes configurations du détecteur avec un plan de pistes unidimensionnel ou bidimensionnel, ainsi que plusieurs modes de fonctionnement utilisant la charge ou le courant des pistes. Ce travail de thèse est donc une revue étendue des possibilités offertes par ce type de détection neutronique et il démontre la grande adaptabilité du détecteur Micromégas pour neutrons.

Titre traduit

Neutrons detection with a micromegas detector type : from nuclear physics to imagery

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