Résumé de la thèse
Dans le cadre de ses activités, le Laboratoire de Micro-irradiation, de Métrologie et de Dosimétrie des Neutrons (LMDN), situé à Cadarache, en France, dispose d’une installation expérimentale permettant de générer des champs de neutrons de référence. Cette installation est constituée, entre autres, d’une plateforme nommée CARAT, équipée d’un accélérateur SAME T400. Associé à divers modérateurs, cet accélérateur peut générer un champ de neutrons réaliste (représentatif de ceux rencontrés sur les postes de travail de l’industrie nucléaire) ainsi qu’un champ majoritairement thermique (En < 0,025 eV).Pour élargir la gamme des champs de neutrons de référence et répondre aux besoins dans le secteur industriel, notamment pour l’étalonnage de détecteurs, ou dans le secteur médical, notamment avec la thérapie par capture de neutrons sur le 10B basée sur des accélérateurs (AB - BNCT), le LMDN souhaite compléter sa plateforme avec un champ de neutrons épithermiques, d’énergies comprises entre 0,5 eV et 10 keV, capable de délivrer une dose de 1 mSv en moins de huit heures d’irradiation.Le design d’un modérateur a été modélisé pour des neutrons de 3,3 MeV produits à partir de la réaction D(d,n)3He disponible sur le T400. Les simulations réalisées avec le code de calcul Monte Carlo MCNP ont conduit à un design respectant l’ensemble des contraintes imposées par le laboratoire (dose, masse, dimensions, énergie neutronique). Cependant, une étude de faisabilité a montré que la fabrication du modérateur était industriellement complexe du fait des superpositions de couches de différents matériaux et dépassait le budget alloué. La fabrication d’un modérateur pour l’accélérateur T400 a été ajournée.En l’absence de modérateur, il n’était pas possible de passer à la seconde partie de cette thèse portant sur la caractérisation d’un champ de neutrons épithermiques. C’est pourquoi, un second modérateur, plus compact, moins onéreux et réalisable dans les délais de la thèse a été étudié sur l’accélérateur AMANDE à partir de la réaction 7Li(p, n)7Be. La réaction 7Li(p, n)7Be a été choisie pour son seuil de réaction à 1,880 MeV, qui permet de produire des neutrons d’énergie moyenne de 30 keV proche du seuil de réaction. Ainsi, quelques centimètres de polyéthylène à haute densité permettent de ralentir ces neutrons et d’obtenir un champ où la contribution du flux épithermique est supérieure à celles des flux thermiques et rapides.Une première campagne de mesures a été réalisée par le LPSC avec le détecteur MIMAC fast- N afin de mesurer l’énergie des neutrons produits proches du seuil de la réaction 7Li(p, n)7Be sur AMANDE. Cette campagne a permis de confirmer la distribution en énergie des neutrons mesurés avec celle générée par le logiciel TARGET, utilisé pour générer les termes sources des simulations MCNP de cette thèse. Une seconde campagne, avec le modérateur d’AMANDE, a été réalisée en janvier 2024 en croisant deux systèmes de détection. D’une part, la méthode d’activation neutronique de feuilles de 197Au, une méthode répandue en mesures neutroniques, et, d’autre part, un nouveau détecteur, le Neutron Flux Monitor (NFM), développé par le LPSC Grenoble. Le NFM est un détecteur gazeux basé sur la capture des neutrons par le 10B. Ce détecteur a été utilisé pour l’une de ses premières campagnes expérimentales. Dans le cadre de ces travaux de recherche, une méthode permettant de remonter aux flux thermiques et épithermiques du champ à partir du NFM a été développée. Ces deux systèmes ont permis de déterminer les flux thermiques et épithermiques du champ neutronique de manière complémentaire. Enfin, les résultats expérimentaux ont été comparés avec des simulations Monte Carlo effectuées sur MCNP.
Mots clés
Analyse par activation, Neutrons, Méthode de Monte-Carlo, Radioprotection, Laboratoire de Micro-irradiation, de métrologie et de Dosimétrie des Neutrons, Neutrons épithermiques, Détection neutronique, Activation neutronique, Métrologie
Texte intégral
Consulter la thèse : https://theses.fr/2025GRALY003