Conception de champs neutroniques réalistes et épithermiques pour l'étalonnage d'instruments de radioprotection et développement d'une méthode de spectrométrie des neutrons dédiée à leur caractérisation entre 0,5 eV et 10 keV d'énergie.

Design of realistic and epithermal neutron fields for the calibration of radiation protection devices and development of a neutron spectrometry method for their characterization in the 0.5 eV to 10 keV energy range.

• Auteur / Autrice : Enya Mobio
• Direction : Daniel Santos
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique appliquée
• Date : Inscription en doctorat le 11/10/2021
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique Subatomique et Cosmologie

Mots clés

Mots clés libres

Neutrons épithermiques

Métrologie

Spectrométrie neutron

Epithermal neutrons

Simulated workplace field

Neutron spectrometry

Metrology

Résumé

Dans le cadre de son activité liée au développement de champs neutroniques de référence pour l'étalonnage de dispositifs de radioprotection, le Laboratoire LMDN de l'Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN),doit développer de nouveaux champs de neutrons pour répondre aux besoins émergents et répondre également aux recommandations des normes internationales (ISO 12789). En particulier, le LMDN souhaite à moyen terme: - disposer de nouveaux champs réalistes, dont la distribution en énergie est plus représentative de celles rencontrées sur les postes de travail de l'industrie nucléaire - répondre au mieux aux nouveaux besoins d'étalonnage dans le domaine épithermique et pour lesquels il n'existe pas de champ de référence à ce jour. Le sujet de thèse porte sur le développement de champs neutroniques réalistes et épithermiques ainsi que sur l'étude d'une méthode de spectrométrie neutronique dédiée à leur caractérisation, dans une gamme en énergie de 0,5 eV à 10 keV. Les travaux seront organisés autour de trois composantes principales: - la conception, au moyen de simulations Monte Carlo, de plusieurs champs réalistes dont les distributions en énergie ont été définies par le laboratoire lors d'une étude préalable. Le candidat participera ensuite activement à la phase de réalisation et de caractérisation expérimentale. - les deuxième et troisième volets concerneront la conception d'un champ de neutrons épithermique et le développement d'un spectromètre ou d'une méthode de mesure pour la caractérisation de la distribution en énergie du nouveau champ épithermique. La conception d'un champ épithermique sera étudiée par simulation Monte Carlo en exploitant la diversité et les caractéristiques de toutes les sources neutrons du LMDN (accélérateurs «T400» ou AMANDE, sources radionucléides). La mise en œuvre du dispositif sera confiée à une société externe mais le doctorant participera fortement à la phase d'élaboration du cahier des charges. Une deuxième phase de ce travail concernera la caractérisation du champ neutronique produit avec les instruments de spectrométrie de référence existants au laboratoire et la comparaison avec les valeurs prédites par simulation. En parallèle, de nouvelles méthodes de spectrométrie et de détermination des équivalents de dose dans le domaine épithermique seront développées. Aucun des systèmes de spectrométrie neutronique de référence utilisés au laboratoire ne couvre spécifiquement le domaine épithermique. Certains détecteurs répondent favorablement dans le domaine épithermique. Ils consistent en un compteur gazeux proportionnel rempli de 3He placé au centre de sphères de polyéthylène de quelques centimètres de diamètre. Une combinaison de différentes sphères de matériau et de taille convenant aux neutrons épithermiques pourrait être étudiée. D'autres méthodes de détection prenant en compte, par exemple, des chambres à fission, l'activation ou des systèmes innovants seront étudiées.

As part of its activity related to the development of reference neutron fields for the calibration of radiation protection devices, the LMDN Laboratory of the Institute for Radiation Protection and Nuclear Safety (IRSN), must develop new neutron fields to meet emerging needs and also meet the recommendations of international standards (ISO 12789). In particular, the LMDN wishes in the medium term: - to have new realistic fields, whose energy distribution is more representative of those encountered on the workstations of the nuclear industry - to respond as well as possible to the new needs for calibration in the epithermal field and for which there is no reference field to date. The subject of the thesis is the development of realistic and epithermal neutron fields as well as the study of a neutron spectrometry method dedicated to their characterization, in an energy range from 0.5 eV to 10 keV. The work will be organized around three main components: - the design, by means of Monte Carlo simulations, of several realistic fields whose energy distributions have been defined by the laboratory during a preliminary study. The candidate will then actively participate in the realization and experimental characterization phase. - the second and third parts will concern the design of an epithermal neutron field and the development of a spectrometer or a measurement method for the characterization of the energy distribution of the new epithermal field. The design of an epithermal field will be studied by Monte Carlo simulation by exploiting the diversity and the characteristics of all the neutron sources of the LMDN (gas pedals 'T400' or AMANDE, radionuclide sources). The implementation of the device will be entrusted to an external company but the PhD student will strongly participate in the elaboration of the specifications. A second phase of this work will concern the characterization of the neutron field produced with the existing reference spectrometry instruments in the laboratory and the comparison with the values predicted by simulation. In parallel, new methods of spectrometry and determination of dose equivalents in the epithermal domain will be developed. None of the reference neutron spectrometry systems used in the laboratory specifically covers the epithermal range. Some detectors respond favorably in the epithermal range. They consist of a proportional gas counter filled with 3He placed in the center of polyethylene spheres a few centimeters in diameter. A combination of different spheres of material and size suitable for epithermal neutrons could be studied. Other detection methods taking into account, for example, fission chambers, activation or innovative systems will be studied.