Détection de rayonnements neutroniques à base de gadolinium
Auteur / Autrice : | Jonathan Dumazert |
Direction : | Laurence Méchin, Stéphane Normand |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Physique |
Date : | Soutenance en 2016 |
Etablissement(s) : | Caen |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale structures, informations, matière et matériaux (Caen ; 1992-2016) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Groupe de recherche en informatique, image, automatique et instrumentation de Caen (1995-....) |
autre partenaire : Normandie Université (2015-....) | |
Jury : | Président / Présidente : Jean-Claude Angélique |
Examinateurs / Examinatrices : Laurence Méchin, Stéphane Normand, Jean-Claude Angélique, Louise Stuttgé, Gérard Montarou, Raffaella De Vita, Jean-Marc Fontbonne, Romain Coulon | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Louise Stuttgé, Gérard Montarou |
Mots clés
Résumé
La recherche d’alternatives aux compteurs neutroniques à hélium 3 forme un thème de premier plan dans l’instrumentation nucléaire contemporaine. La section efficace de l’élément gadolinium pour la capture des neutrons thermiques en fait un candidat prometteur. L’objectif de cette thèse est de dimensionner et d’évaluer des schémas de comptage fondés sur la signature de ces captures dans le milieu de détection. Trois domaines de recherche ont été explorés : la détection à base de scintillateurs plastiques, la détection à base de semi-conducteurs et la détection par transition de phase magnétique dans le gadolinium. L’étude théorique portant sur la transition ferromagnétique-paramagnétique du gadolinium a été conclue par une non-faisabilité pratique. Une méthode reposant sur l’insertion d’un cœur métallique de gadolinium dans un scintillateur plastique de grand volume a fait l’objet d’un dimensionnement. Un signal significatif entre 3 et 8 MeV en présence d’une source de californium 252 autorise une discrimination, par la hauteur des impulsions, de la radioactivité gamma naturelle. Des scintillateurs plastiques dopés au gadolinium, compensés par des scintillateurs dopés au bismuth, ont été modélisés, synthétisés et testés en présence d’émetteurs gamma et neutron. Le principe d’une compensation de capteurs couverts de feuilles de gadolinium par des capteurs couverts de terbium a fait l’objet de deux études. Le schéma de détection a reçu une première validation expérimentale via une exposition à des sources de césium 137 et de californium 252, pour des milieux plastiques dopés au bismuth ainsi que des cristaux de CdZnTe.