Effet des fortes doses de radiation (MGy) sur les diodes électroluminescentes et les verres optiques

Effect of high radiation doses (MGy) on light Emitting Diodes and optical glasses

• Auteur / Autrice : Timothé Allanche
• Direction : Youcef Ouerdane, Raphaël Clerc
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique, Photonique
• Date : Soutenance le 09/11/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire Hubert Curien (Saint-Etienne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Jean Monnet (Saint-Étienne ; 1969-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Hubert Curien [Saint Etienne]
• Jury : Président / Présidente : Philippe Paillet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Matthieu Beaumel, Cédric Virmontois, Serena Rizzolo
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marco Van Uffelen, Mohammed Bouazaoui

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayonnements ionisants -- Dosage

Diodes électroluminescentes

Verre

Rayons gamma

Radiométrie optique

Caméras

Mots clés libres

Caméra

Effet de rayonnement

MGy

Radiation durcie

Verre

LED

RIA

Gamma

Camera

Radiation effect

MGy

Radiation hardened

Glass

LED

RIA

Gamma

Résumé

Le projet CAMRAD répond à un appel à projets PIA de l’Agence Nationale pour la gestion des Déchets RAdioactifs (ANDRA) en vue de faciliter la gestion des déchets nucléaires, dont le volume va considérablement augmenter avec le démantèlement du parc nucléaire français. Celui-ci prévoit la conception d’une caméra à Haute Définition durcie aux radiations à des doses au moins dix fois supérieures aux caméras actuellement disponibles. Cette thèse porte sur les effets des rayonnements (jusqu’au MGy) sur les LEDs rendant la caméra autonome en termes de lumière et les verres optiques nécessaires à la réalisation de son système optique. Après une description du projet, les besoins en termes d’éclairage sont détaillés. Les principales innovations de ce travail sont la qualification au MGy de nombreuses LEDs commerciales, des mesures post-irradiation de leurs angles d’émission et des mesures en ligne sous rayon-X. La troisième partie concerne les verres optiques sous radiation. Après avoir détaillé comment le dopage au cérium des verres dits « durci » les protège contre le noircissement causé par les radiations, nous montrons qu’il existe un manque dans la littérature sur les effets des fortes doses. Pour le combler et améliorer les mesures d’atténuation induites, nous avons développé un montage optique permettant de mesurer le noircissement des verres pendant l’irradiation plutôt qu’a posteriori. Il nous a permis de réaliser des mesures systématiques sur des verres durcis et standards en fonction du débit de dose et de la température. Ainsi nous avons montré que certains verres standards présentent un fort potentiel pour une utilisation à des doses de radiations de l’ordre du MGy. L’approche suivie a mené au dépôt d’un brevet.

The CAMRAD project responds to the PIA call for proposals from the French National Agency for Radioactive Waste Management with the aim of finding new solutions for radioactive waste management in prevision of its strong increase due to the dismantling of the current French nuclear facilities. The project aims to design a high-definition, radiation-hardened, camera capable to withstand radiation dose levels at least ten times higher than the currently available cameras. This PhD thesis deals with the effects of radiation (up to the MGy) on LEDs allowing the camera to be autonomous in terms of lightning and the optical glasses to be used for the realization of optical system. After a description of CAMRAD, the requirement in terms of lighting are detailed. The main innovations of this work are the qualification at the MGy level of numerous commercial LEDs, post-irradiation measurements of their emission angles and online X-ray measurements. The third part concerns radiation effect on optical glasses. After detailing how Cerium doping of so-called ''hardened'' glasses protects them from darkening under radiation, we show that there is a lack of literature on the effects of high doses. In order to fill it and to improve the radiation induced attenuation measurements, we have developed an optical set-up allowing to measure the darkening of glasses during irradiation rather than post mortem. We carried systematic measurements on hardened and standard glasses as a function of dose rate and temperature. We have shown that certain standard optical glasses are highly promising for use at MGy dose levels, the followed approach has led to the filing of a patent.