Développement d'une nouvelle méthode de mesure d'activité basée sur des calorimètres métalliques magnétiques

Development of a new method of activity measurement based on metallic magnetic calorimeters

• Auteur / Autrice : Quentin Drenne
• Direction : Martin Loidl
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique nucléaire
• Date : Inscription en doctorat le 23/10/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'intégration des systèmes et des technologies (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2001-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)

Mots clés

Mots clés libres

Calorimètre métallique magnétique

Détecteur cryogénique

Métrologie

Mesure absolue d'activité

Metallic magnetic calorimeter

Metrology

Cryogenic detector

Absolute activity measurement

Résumé

La mesure absolue d'activité de radionucléides (RN) repose sur des méthodes bien établies mais dont les incertitudes sont souvent sous-estimées et les effets systématiques difficiles à appréhender. Il est dès lors indispensable de comparer différentes méthodes. Or pour certains RN il n'existe que très peu de méthodes et les mesures d'activité restent problématiques. La mesure d'activité par calorimètres métalliques magnétiques (MMC) dont le développement fait l'objet de cette thèse a plusieurs avantages. Du fait que le RN est enfermé dans l'absorbeur du MMC et que les dimensions et le matériau de l'absorbeur peuvent être adaptés en fonction des émissions du RN, un rendement de détection proche de 100% peut être réalisé pour de nombreux RN, rendant la méthode peu sensible au schéma de désintégration et aux effets systématiques. Etant basé sur un principe physique différent des méthodes établies, elle n'est d'ailleurs pas sensible aux mêmes effets systématiques. Finalement, grâce à l'excellente résolution en énergie des MMC, un contrôle d'impuretés radioactives dans l'échantillon du RN est intrinsèque à la méthode. La difficulté principale de cette méthode réside dans la très petite taille des MMC. Plusieurs techniques de réalisation de dépôts de RN de très faible incertitude sur la masse et compatibles avec la petite taille des absorbeurs doivent être explorées.

Absolute activity measurement of radionuclides (RN) is based on well-established methods, but the uncertainties are often underestimated, and systematic effects are difficult to appreciate. It is therefore improtant to compare different methods of activity standardization. For certain RNs, however, there are very few methods available and activity measurement remains problematic. Absolute activity measurement by means of metallic magnetic calorimeters (MMCs), as proposed in this thesis, combines several advantages. The RN is being enclosed in the detector absorber, whose dimensions can be chosen according to the RN's emssion charactristics to achieve a detection efficiency close to 100%. This way, the method can be made rather insensitive to the decay scheme and to systematic effects. Moreover, since this new method in based on a different physical detection principle it is not subject to the same systematic effects. And finally, due to the excellent energy resolution of MMCs, a check for radioactive impurities is inherent to the method. The main difficulty of activity measurement by means of MMCs is the very small size of the detector absorbers. Various different techniques of RN source preparation with low uncertainties on the mass and compatible with the small MMC size are to be explored.