Le démantèlement des installations nucléaires ainsi que la gestion des déchets radioactifs produits lors de cette étape sont des préoccupations majeures au niveau international. L'objectif est de réaliser des sources radioactives étalons de grande surface (> 100 cm² in fine), uniformes, traçables, planes ou cylindriques, voire déformables afin d’améliorer la qualification des dispositifs d’évaluation de la contamination radiologique.

Objectifs

Développement de sources de rayonnement de grande surface (supérieure à 150 cm² in fine), traçables, uniformes (< 10 %, voire < 5 %), avec un ou deux radionucléides d’intérêt pour l’Assainissement et Démantèlement (A&D).

Réalisation d’un nouveau type de sources surfaciques uniformes de formes particulières (cylindriques ou déformables). 

Développement d’un procédé de fabrication de sources pour la spectrométrie Q effectuée au moyen de calorimètres magnétiques.

Résumé et premiers résultats

Le démantèlement des installations nucléaires ainsi que la gestion des déchets radioactifs produits lors de cette étape sont des préoccupations majeures sans doute destinées à se renforcer avec le vieillissement du parc européen. Améliorer la qualification des dispositifs d’évaluation de la contamination permettrait d’analyser de façon plus précise et d’orienter idéalement plus rapidement les déchets produits vers la filière adéquate pour contribuer à la maîtrise des coûts induits. Dans le cadre de ce projet, on se focalisera sur les cas répandus où l’activité est présente sur ou dans des surfaces, planes ou incurvées, ainsi que dans des conduites. L'objectif est de réaliser des sources étalons de grande surface (> 100 cm² in fine), uniformes, traçables, planes ou cylindriques, voire déformables, avec une absorption limitée des rayonnements (cas des émetteurs bêta purs ou alpha). La plus-value associée à la traçabilité de ces sources réside dans la maîtrise du niveau d’activité déposée, quel que soit le radionucléide considéré.

Certaines stratégies abordées pour réaliser des sources de rayonnement peu atténuées pourront être appliquées à l’amélioration des sources de qualité métrologique répondant aux besoins du laboratoire, dans le domaine de la spectrométrie d’absorption totale et de la scintillation liquide secondaire.

Le LNE-LNHB a démontré la possibilité de quantifier des actinides émetteurs alpha sans interférence grâce à l’excellente résolution de ses détecteurs cryogéniques. Cependant, la résolution obtenue est actuellement limitée par la phase de préparation de l’échantillon à mesurer. Cette étude propose de mettre à profit l’électrochimie et la fonctionnalisation pour résoudre cette difficulté.

Pour mieux maîtriser les mesures relatives par scintillation liquide, cette étude se propose d’aborder la problématique de la formulation de liquides ou gels scintillants pour améliorer notamment leur pérennité et les adapter à la mesure de solutions hétérogènes (radiopharmaceutiques ou matières en suspension).

Impacts scientifiques et industriels

  • Les sources surfaciques développées pour répondre aux besoins de l’Assainissement et Démantèlement (A&D) pourront intéresser les industriels responsables de chantiers d’A&D, pour vérifier l’étalonnage de leurs systèmes de cartographie de la radioactivité mais aussi et surtout les fabricants de détecteurs, notamment de contaminamètres de surface afin d’en caractériser les performances.
  • Selon les résultats obtenus sur le développement des sources déformables et/ou cylindriques, ce concept pourrait faire l’objet d’une norme spécifique comme la norme ISO 8769 pour les sources rigides.

Projets connexes

Ce projet s’intègre dans le programme FOCUSDEM, programme incitatif initié en 2019 par le Haut-Commissaire du CEA dont l’objectif principal est l’émergence d’innovations de rupture dans le domaine de l’A&D à horizon de dix ans.

Partenaires/Collaborations

  • Laboratoire d’Analyses en Soutien aux Exploitants, CEA/LASE

Fort de son expertise en données atomiques et nucléaires, le LNE-LNHB constate depuis de nombreuses années l’incomplétude des schémas de désintégration pour certains radionucléides. Le développement des nouvelles techniques instrumentales au cours de ces dix dernières années, détecteurs et électronique associée, ouvre de nouvelles possibilités pour des mesures systématiques de paramètres atomiques et nucléaires. Le projet a pour objectif de développer une PLATeforme d’Instrumentation NUmérique Multi-détecteurs (PLATINUM) modulable, permettant de tester de nouvelles instrumentations utilisant deux ou plusieurs détecteurs en coïncidence afin de développer de nouvelles techniques de mesure absolue de paramètres atomiques et nucléaires.

Objectifs

Développer une PLATeforme d’Instrumentation NUmérique Multi-détecteurs (PLATINUM) modulable, permettant de tester de nouvelles instrumentations utilisant deux ou plusieurs détecteurs en coïncidence. 

Mise au point d’un module d’acquisition numérique rapide avec l’enregistrement d’événements horodatés pour un traitement post-acquisition (hors ligne).

Valider l’instrumentation pour s’assurer de sa fiabilité métrologique et évaluer les incertitudes associées. 

Résumé et premiers résultats

Le projet PLATINUM (PLATeforme d’Instrumentation NUmérique Modulable) a pour objectif de développer une plateforme modulable, dans le but de tester de nouvelles instrumentations utilisant deux ou plusieurs détecteurs en coïncidences. Le principe mis en œuvre dans ce projet s’appuie sur la détection simultanée d’interactions ayant lieu dans deux détecteurs différents, en recueillant des informations sur le type de particule et son énergie (spectroscopie). Ce principe est à la base de mesures absolues d’activité ou de systèmes actifs de réduction du fond continu pour améliorer les limites de détection. Il permet également de mesurer des paramètres caractérisant le schéma de désintégration de certains radionucléides, comme les coefficients de conversion interne, les rendements de fluorescence ou les corrélations angulaires entre les photons émis en cascade.

Il s’agit de développer une solution pratique, à l’échelle du laboratoire, pour concevoir, tester et mettre au point des instrumentations, reposant sur l’utilisation de plusieurs détecteurs, pour différents types d’études ou d’applications. Pour cela, les méthodologies des expériences développées pour la physique nucléaire et la physique des particules seront appliquées à échelle réduite, en tirant profit du développement des techniques d'acquisition numérique couplées à l’utilisation de détecteurs mobiles. Les performances de cet ensemble seront d’abord validées pour un système simple, constitué de deux spectromètres gamma à base de scintillateurs, en mesurant les corrélations angulaires entre les photons émis en cascade lors de la désintégration du cobalt-60. L’étape suivante consistera à coupler deux types de détecteurs (photons – électrons par exemple) pour des mesures spécifiques (rendements de fluorescence ou coefficients de conversion).

Avec ce « démonstrateur », le LNE-LNHB se dotera d’un outil pratique, destiné à tester et optimiser de futures instrumentations. Celles-ci seront utilisées pour la mesure de paramètres atomiques ou nucléaires, afin d’améliorer la connaissance des schémas de désintégration des radionucléides et de répondre aux besoins des utilisateurs de données nucléaires dans divers domaines d’application comme la médecine (thérapie/diagnostic) la dosimétrie de réacteur, etc. Des solutions pour des applications spécifiques, telles que des mesures de bas niveau d’activité pour la surveillance de l’environnement pourront également être développées.

Impacts scientifiques et industriels

  • De manière générale, cette plateforme répondra au besoin de caractérisation des radionucléides pour un large éventail de domaines allant de l’évaluation des données nucléaires aux applications diverses, pour la médecine (thérapie/diagnostic), la dosimétrie de réacteur ou pour la physique fondamentale.
  • L’ensemble instrumental de travail permettra notamment d’étudier des radionucléides émergeants, en contribuant à l’amélioration de la connaissance de schémas de désintégration. Cela permettra d’améliorer le niveau d’incertitude des mesures dans l’environnement ou celle des mesures d’activité de matériaux de référence (demande croissante au LNE-LNHB pour le démantèlement au niveau européen).

Partenaires/Collaborations

Collaboration avec d’autres laboratoires nationaux de métrologie dans le cadre du SIR (Système International de Référence).

Publications

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ALIANE A., AVETISSOV I., BARINOVA O., DE LA BROISE X., DANEVICH F., DUMOULIN L., DUSSOPT L., GIULIANI A., GOUDON V., KIRSANOVA S., LASSERRE T., LOIDL M., DE MARCILLAC P., MARNIEROS S., NONES C., NOVATI V., OLIVIERI E., PODA D., REDON T., RODRIGUES M., TRETYAK V., VIVIER M., WAGNER V., ZOLOTAROVA A., “First test of a Li2WO4(Mo) bolometric detector for the measurement of coherent neutrino-nucleus scattering”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 949, Janvier 2020, 162784. DOI:10.1016/j.nima.2019.162784

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BURNS D. T., KESSLER C., RAPP B., “Key comparison BIPM.RI(I)-K9 of the absorbed dose to water standards of the LNE-LNHB, France, and the BIPM in medium-energy x-rays”, Metrologia, 57, 1A, 2020, Tech. Suppl. 06008. DOI:10.1088/0026-1394/57/1A/06008

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ITO Y., TOCHIO T., YAMASHITA M., FUKUSHIMA S., VLAICU A. M., MARQUES J. P., SAMPAIO J. M., GUERRA M., SANTOS J. P., SYROCKI Ł., SŁABKOWSKA K., WȨDER E., POLASIK M., RZADKIEWICZ J., INDELICATO P., MÉNESGUEN Y., LÉPY M.-C., PARENTE F., “Structure of Kα1,2- and Kβ1,3-emission xray spectra for Se, Y, and Zr”, Physical Review, A102, 20 Novembre 2020, 052820. DOI:10.1103/PhysRevA.102.052820

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PLOMPEN A. J. M., CABELLOS O., DE SAINT JEAN C., FLEMING M., ALGORA A., ANGELONE M., ARCHIER P., BAUGE E., BERSILLON O., BLOKHIN A., CANTARGI F., CHEBBOUBI A., DIEZ C., DUARTE H., DUPONT E., DYRDA J., ERASMUS B., FIORITO L., FISCHER U., FLAMMINI D., FOLIGNO D., GILBERT M. R., GRANADA J. R., HAECK W., HAMBSCH F.-J., HELGESSON P., HILAIRE S., HILL I., HURSIN M., ICHOU R., JACQMIN R., JANSKY B., JOUANNE C., KELLETT M. A., KIM D. H., KIM H. I., KODELI I., KONING A. J., KONOBEYEV A. Y., KOPECKY S., KOS B., KRASA A., LEAL L. C., LECLAIRE N., LECONTE P., LEE Y. O., LEEB H., LITAIZE O., MAJERLE M.,, MARQUEZ DAMIAN J. I., MICHEL-SENDIS F., MILLS R. W., MORILLON B., NOGUERE G., PECCHIA M., PELLONI S., PERESLAVTSEV P., PERRY R. J., ROCHMAN D., RÖHRMOSER A., ROMAIN P., ROMOJARO P., ROUBTSOV D., SAUVAN P., SCHILLEBEECKX P., SCHMIDT K. H., SEROT O., SIMAKOV S., SIRAKOV I., SJÖSTRAND H., STANKOVSKIY A., SUBLET J. C., TAMAGNO P., TRKOV A., VAN DER MARCK S., ÁLVAREZ-VELARDE F., VILLARI R., WARE T. C., YOKOYAMA K., ŽEROVNIK G., “The joint evaluated  fission and fusion nuclear data library, JEFF-3.3”, European Physical Journal, A 56, 14 Juillet 2020, 181. DOI:10.1140/epja/s10050-020-00141-9

RANITZSCH P. C.-O., BEYER J., BOCKHORN L., ENSS C., KOSSERT K., KEMPF S., LOIDL M., R., NÄHLE O. J., PAULSEN M., RODRIGUES M., “MetroMMC: Electron-capture spectrometry with cryogenic calorimeters for science and technology”, Journal of Low Temperature Physics 199, 2020, 441-450. DOI:10.1007/s10909-019-02278-4

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SARI A., THIAM C., BOUDERGUI K., CARREL F., COULON R., DUMAZERT J., FRANGVILLE C., HAMRITA H., LAINE F., TROCME M., KRAUSZ B., PISSARELLO R., DELALEZ R., Janvier 2020. Investigation of fission chamber response in the frame of fuel debris localization measurements at Fukushima Daiichi“, Radiation Measurements, 130, Janvier 2020, 106223. DOI: 10.1016/j.radmeas.2019.106223

SIMA O., DE VISMES OTT A., DIAS M., DRYAK P., FERREUX L., GURAU D., HURTADO S., JODLOWSKI P., KARFOPOULOS K., KOSKINAS M., LAUBENSTEIN M., LEE Y., LEPY M., LUCA A., MENEZES M., MOREIRA D., NIKOLIC J., PEYRES V., SAGANOWSKI P., SAVVA M., SEMMLER R., SOLC J., THANH T., TYMINSKA K., TYMINSKI Z., VIDMAR T., VUKANAC I., YUCELH., “Consistency test of coincidence-summing calculation methods for extended sources”, Applied Radiation and Isotopes, 155, Janvier 2020, 108921. DOI:10.1016/j.apradiso.2019.108921

STELIAN TUTA C., AMIOT M-N., SOMMIER L., IOAN R. M., “Alanine pellets comparison using EPR dosimetry in the frame of quality assurance for a Gamma Knife system in Romania. “, Radiation Physics And chemistry, 170, May 2020, 108653. DOI:10.1016/j.radphyschem.2019.108653.

THIAM C., DULIEU C., MOUGEOT X., NAIR A., BOBIN C., KELLETT M. A., “Nuclide++: A C++ module to include DDEP recommended radioactive decay Data in Geant4”, Applied Radiation and Isotopes, 156, Février 2020, 108964. DOI:10.1016/j.apradiso.2019.108964

TORRENGO S., EICHERT D., MAZEL Y., BERNARD M., MENESGUEN Y., LEPY M., NOLOT E., “Quantitative depth-profile analysis of transition metal nitride materials with combined grazing-incidence Xray fluorescence and X-ray reflectometry analysis”, Spectrochimica Acta, 171, Septembre 2020, 105926. DOI:10.1016/j.sab.2020.105926

XU J., DE VISMES OTT A., BOBIN J., BOBIN C., “Sparse spectral unmixing for activity estimation in γ- ray spectrometry applied to environmental measurements”, Applied Radiation and Isotopes, 156, Février 2020, 108903. DOI:10.1016/j.apradiso.2019.108903

Communications

TRAN – GIA J., ROBINSON A., BOBIN C., CALVERT N., COLLINS S., DENIS - BACELAR A., FENWICK A., FERREIRA K., FINOCCHIARO D., FIORONI F., GIANOPOULOU K., GRASSI E., HEETUN  W., JEWITT S., KOTZASARLIDOU M., LJUNGBERG M., LOURENCO V., MCGOWAN D., SCUFFHAM J., GLEISNERK. , SOLC J., THIAM C., TIPPING J., WEVRETT J., LASSMANN M., “An international quantitative SPECT/CT imaging exercise for assessment of Ba-133 as surrogate for I-131”. Proceedings of 33rd Annual Congress of the European-Association-of-Nuclear-Medicine, EANM 2020 - Virtual conference, 22-30 Oct. 2020. DOI:10.1007/s00259-020-04988-4

Résumé de la thèse

Depuis les années 1970, la forme des spectres ß a été peu étudiée bien qu’il y a un intérêt croissant en métrologie des rayonnements ionisants, médecine nucléaire, énergie nucléaire, et physique fondamentale,... Les bases de données existantes sont incomplètes et manquent de précision. Dans cette thèse, un spectromètre ß dans une géométrie quasi- 4 π est développé sur la base de deux détecteurs en Si en sandwich avec une source radioactive. Différentes techniques de préparation de la source et leur influence sur la forme des spectres ß sont étudiées. Le dispositif est caractérisé en utilisant les pics des électrons de conversion de 109Cd et 207Bi, et les spectres ß de 14C, 36Cl, 99Tc et 204Tl sont étudiés. Une méthode déconvolution est mise au point pour corriger les minimes distorsions sur la base de simulations Monte Carlo PENELOPE. La fonction de réponse du système est construite à partir de simulations mono-énergétiques et les spectres mesurés sont déconvolués en appliquant la méthode d'inversion de la matrice. Les spectres résultants sont comparés à des mesures de haute précision à l’aide des calorimètres magnétiques métalliques, présentant un excellent accord.

Mots clés

Spectres bêta, Détecteurs silicium, Sources radioactives ultra-minces, Déconvolution spectrale, Facteurs de forme expérimentaux, Carbone-14, Technétium-99, Thallium-204, Rayonnements ionisants, Mesure, Désintégration bêta, Détecteurs de rayonnement.

 

Texte Intégral

Consultez la thèse : TEL : 2020STRAE014

Résumé de l'HDR

Une connaissance précise des désintégrations par interaction faible, transitions bêta et captures électroniques, est indispensable dans de nombreux domaines scientifiques, des plus fondamentaux aux plus applicatifs : tests du Modèle Standard, détection de la matière noire et du neutrino stérile, métrologie des rayonnements ionisants, caractérisation des détecteurs, médecine nucléaire, puissance résiduelle et surveillance en temps réel des réacteurs nucléaires, ou encore gestion du combustible après irradiation. La question de la qualité, de la précision et de la complétude des données nucléaires est devenue un enjeu important dans ces différents domaines. Ces dix dernières années, le Laboratoire National Henri Becquerel s’est impliqué dans cette thématique, fort de son expertise en métrologie de la radioactivité et en évaluation de données atomiques et nucléaires. Les experts en cryogénie du laboratoire ont développé une nouvelle technique de mesure par calorimétrie et l’ont appliquée avec succès à la spectrométrie bêta. Un système de détection dédié, utilisant des détecteurs silicium, a été élaboré conjointement à une technique de préparation spécifique de source radioactive et à un processus de déconvolution spectrale. En parallèle, une étude théorique a été menée pour améliorer les prédictions, menant notamment à la création du code de calcul BetaShape. Cette étude a permis d’améliorer et de compléter les données nucléaires évaluées. Les résultats obtenus placent le Laboratoire National Henri Becquerel au meilleur niveau mondial sur cette thématique. L’expertise acquise permet d’envisager une contribution significative à des sujets de physique fondamentale qui seront très structurants dans les années à venir.

Mots clés

Métrologie, spectroscopie, noyaux exotiques, rayonnements ionisants, spectrométrie, rayons beta, rayons gamma.

Texte Intégral

Publications

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TZIKA F., BURDA O., HULT M., ARNOLD D., MARROYO B. C., DRYÁK P., FAZIO A., FERREUX L., GARCÍA-TORAÑO E., JAVORNIK A., KLEMOLA S., LUCA A., MOSER H., NEČEMER M., PEYRÉS V., REIS M., SILVA L., ŠOLC J., SVEC A., TYMINSKI Z., VODENIK B., WÄTJEN U.. “Co-60 in cast steel matrix: A European interlaboratory comparison for the characterisation of new activity standards for calibration of gamma-ray spectrometers in metallurgy“, Applied Radiation and Isotopes, 114, august 2016, 167-172, DOI:10.1016/j.apradiso.2016.05.014

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Communications

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Liste des références des publications et communications du RNMF parues en 2017 dans le domaine « Rayonnements ionisants »

Publications

ARMENGAUD E., AUGIER C., BARABASH A., BEEMAN J., BEKKER T., BELLINI F., BENOIT A., BERGE L., BERGMANN T., BILLARD J., BOIKO R., BRONIATOWSKI A., BRUDANIN V., CAMUS P., CAPELLI S., CARDANI L., CASALI N., CAZES A., CHAPELLIER M., CHARLIEUX F., CHERNYAK D., DE COMBARIEU M., CORON N., DANEVICH F., DAFINEI I., DE JESUS M., DEVOYON L., DI DOMIZIO S., DUMOULIN L., EITEL K., ENSS C., FERRONI F., FLEISCHMANN A., FOERSTER N., GASCON J., GASTALDO L., GIRONI L., GIULIANI A., GRIGORIEVA V., GROS M., HEHN L., HERVE S., HUMBERT V., IVANNIKOVA N., IVANOV I., JIN Y., JUILLARD A., KLEIFGES M., KOBYCHEV V., KONOVALOV S., KOSKAS F., KOZLOV V., H. KRAUS, KUDRYAVTSEV V., LAUBENSTEIN M., LE SUEUR H., LOIDL M., MAGNIER P., MAKAROV E., MANCUSO M., DE MARCILLAC P., MARNIEROS S., MARRACHE-KIKUCHI C., NAGORNY S., NAVICK X-F., NIKOLAICHUK M., NONES C., NOVATI V., OLIVIERI E., PAGNANINI L., PARI P., PATTAVINA L., PAVAN M., PAUL B., PENICHOT, PESSINA G., PIPERNO G., PIRRO S., PLANTEVIN O., PODAA D., QUEGUINER E., REDON T., RODRIGUES M., ROZOV S., RUSCONI C., SANGLARD V., SCHÄFFNER K., SCORZA S., SHLEGEL V., SIEBENBORN B., STRAZZER O., TCHERNIAKHOVSKI D., TOMEI C., TRETYAK V., UMATOV V., VAGNERON L., VASILIEV Y., VELAZQUEZ M., VIGNATI M., WEBER M., YAKUSHEV E., ZOLOTAROVA A., “Development of 100Mo-containing scintillating bolometers for a high-sensitivity neutrinoless double-beta decay search”, European Physical Journal, 77, 785, DOI:10.1140/epjc/s10052-017-5343-2

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TARKANYI F. T., IGNATYUK A. V., HERMANNE A., CAPOTE R., CARLSON B. V., ENGLE J. W., KELLETT M. A., KIBEDI T., KIM G. N., KONDEV F. G., HUSSAIN M., LEBEDA O., LUCA A., NAGAI Y., NAIK H., NICHOLS A. L., NORTIER F. M., SURYANARAYANA S. V., TAKACS S., VERPELLI M., “Recommended nuclear data for medical radioisotope production: diagnostic gamma emitter”, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry 319, 2019, 487-531, DOI : 10.1007/s10967-018-6142-4

TARKANYI F. T., IGNATYUK A. V., HERMANNE A., CAPOTE R., CARLSON B. V., ENGLE J. W., KELLETT M. A., KIBEDI T., KIM G. N., KONDEV F. G., HUSSAIN M., LEBEDA O., LUCA A., NAGAI Y., NAIK H., NICHOLS A. L., NORTIER F. M., SURYANARAYANA S. V., TAKACS S., VERPELLI M., “Recommended nuclear data for medical radioisotope production: diagnostic positron emitters”, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 319, 2019, 533-666, DOI : 10.1007/s10967-018-6380-5

VAN AMMEL R., STROH H., TZIKA F., MARISSENS G., BRUGGEMAN M., VERHEYEN L., SABOT B., MAURING A., TARJAN S., MCGINNITY P., OSVATH I., FUJAK M., PETERSON J., ZORKO B., PETROVIČ T., GLAVIČ-CINDRO D., “The certification of the massic activities of the radionuclide 60Co in stainless steel disks EURM 800 and 801”, JRC technical report Publications Office of the European Union, EUR 29790 EN, ISBN 978-92-76-08764-9, ISSN 1831-9424, JRC116895, DOI: 10.2760/90491

Communications

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JURCZAK J., RAPP B., DUFRENEIX S., GOURIOU J., DELAUNAY F., BORDY J-M, « Développement d’une nouvelle grandeur de référence pour les traitements en conditions stéréotaxiques: le produit dose-surface », 58èmes Journées SFPM, Angers, France, 5-7 juin 2019. 

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DI CHICCO A., PETIT M., JACQMIN R., GRESSIER V., STOUT B., “Investigation of the Neutron-Gamma Ray Discrimination Performance of Different Organic Scintillators at the AMANDE Facility”, ANNIMA 2019, Portoroz, Slovenie, 17-21 June 2019.

DELAUNAY F., C. ANDERSEN, L. DE PREZ, S. DUANE, M. PIMPINELLA, P. TELES, J. TIKKANEN, K. ZINK, “Experimental MV kQ, Q0 from RTNORM EMPIR project”, International Symposium on Standards, Applications and Quality Assurance in Medical Radiation Dosimetry IDOS, Vienne, Autriche, 19-21 juin 2019.

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DUSCIAC D., BORDY J.M., BLIDEANU V., VOJNIC KORTMIS M., CENUSA C., CELAREL A., CALDEIRA M. C., CARDOSO J. V., ALVES J. G., MIHAILESCU L.C., SOCHOR V., ZIVANOVIC M., KRZANOVIC N., DERLACINSKI M., MICHALIK L., MAKARIC V., SABETA A., « Exercice d’inter-comparaison en kerma dans l’air dans le cadre du projet européen ABSORB », Congrès national de radioprotection de la société française de la radioprotection - SFRP, La Rochelle, France, 19-20 juin 2019.

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Afin de répondre au mieux aux étalonnages en champs réalistes, tels que recommandés par la norme ISO 12789, le LNE-IRSN envisage d’étudier la possibilité de créer d’autres distributions en énergie, en faisant varier en premier lieu la configuration de CANEL, mais également en explorant tout autre mode de production disponible au laboratoire. Le dispositif CANEL (Canon à neutrons lents), couplé à l’accélérateur T400, est un dispositif qui permet de générer un spectre de neutrons de fission modéré à l’aide d’éléments représentatifs des dispositifs de blindage existant dans l’industrie nucléaire.

En parallèle, le LNE-IRSN souhaite étudier la possibilité de répondre au mieux aux nouveaux besoins d’étalonnage dans le domaine épithermique, un domaine qui concerne les neutrons dont l’énergie est comprise entre 0,5 eV et 10 keV.

Objectifs

Mettre en place de nouvelles versions de dispositifs de production de champs réalistes, représentatifs de postes de travail dans différents domaines d’activité (industriel, médical, etc.) et établir les grandeurs de référence associées (distribution en énergie de la fluence neutronique, fluence, équivalent de dose ambiant, équivalent de dose personnel).

Mettre en place un champ épithermique pur dans le domaine épithermique (0.5 eV – 10 keV).

Développer de l’instrumentation ou une méthodologie pour la caractérisation métrologique de la distribution en énergie dans le domaine épithermique.

Résumé et premiers résultats

Le Laboratoire de micro-irradiation, de métrologie et de dosimétrie des neutrons (LMDN) du LNE-IRSN développe et maintien des installations de production de champs neutroniques de référence pour répondre aux besoins d’étalonnage d’instruments de mesure des neutrons, notamment pour la radioprotection, mais également dans le cadre de la métrologie des neutrons, du fait de son statut de laboratoire associé au Laboratoire national de métrologie  et d’essais (LNE) pour cette activité.

Afin de répondre au mieux aux besoins d’étalonnage d’appareils de radioprotection des industriels, du milieu de la recherche ou du milieu médical, le laboratoire souhaite développer des champs neutroniques dont les caractéristiques sont proches de ceux rencontrés aux postes de travail ; en effet, plus les conditions d’irradiation en laboratoire sont proches de celles dans lesquelles les appareils sont utilisés en routine, meilleures sont les valeurs mesurées relatives à la dose, que ce soit pour le personnel ou pour les mesures d’ambiance par exemple.

En parallèle, le LNE-IRSN souhaite étudier la possibilité de répondre au mieux aux nouveaux besoins d’étalonnage dans un domaine en énergie spécifique, appelé « domaine épithermique », qui concerne les neutrons dont l’énergie est comprise entre 0,5 eV et 10 keV. Si ces champs ne sont pas les plus représentatifs de ceux rencontrés aux postes de travail de l’industrie nucléaire, ils tendent à se développer dans le milieu médical, notamment pour le traitement de certaines tumeurs par capture de neutron par le bore (BNCT). Cette méthode utilise des champs neutroniques intenses de neutrons thermiques (neutrons très lents) ou épithermiques, selon la profondeur et la localisation des tumeurs cancéreuses à traiter. Jusqu’alors difficile à mettre en œuvre de par la nature du rayonnement mais aussi, et surtout, en raison de la nécessité de disposer d’un réacteur nucléaire à proximité des installations médicales, la BNCT bénéficie aujourd’hui d’un nouvel essor de par le monde, depuis l’arrivée sur le marché d’accélérateurs de particules plus compacts et donc plus faciles à intégrer au sein d’unités thérapeutiques. Ce besoin émergeant nécessite le développement de nouvelles instrumentations et appareils de radioprotection adaptés et de champs d'étalonnage associés.

Si les champs thermiques sont relativement nombreux, il n’existe à ce jour aucun champ épithermique de référence et le développement d’un dispositif dédié, permettrait au LNE-IRSN de disposer d'un champ d'irradiation unique au monde.

Associé au développement de ce champ, une méthode et/ou d’un moyen de spectrométrie plus adaptés au domaine épithermique que ceux existant sera recherchée, en considérant par exemple des sphères de Bonner plus spécifiques, des chambres à fission, l'activation de feuilles métalliques ou des systèmes innovants.

Impacts scientifiques et industriels

Le LNE-IRSN a développé dans les années 1990 les tout premiers champs neutroniques réalistes pour l’étalonnage des appareils de radioprotection. Reconnu par la suite comme pratique alternative à l’usage des sources via la parution de la norme ISO 12789, le développement des champs réalistes n’a cependant pas été suffisant pour proposer aux utilisateurs de nouvelles configurations, plus représentatives de celles de leurs postes de travail. Un travail conséquent de R&D permettra de proposer une série de distributions en énergie telle que les appareils de radioprotection puissent être testés dans des situations d’utilisation variées, comme c’est le cas au sein des installations industrielles.

Les bénéficiaires de ces nouvelles prestations seront en premier chef les exploitants et les services de radioprotection qui auront des coefficients d’étalonnage fiables et adaptés aux postes de travail.

Dans le domaine de la recherche sur la fusion nucléaire, depuis une dizaine d’années, de nombreux échanges ont eu lieu entre ITER et le LNE-IRSN, afin d’étudier la possibilité de tester et valider les systèmes diagnostiques neutrons d’ITER ; ces systèmes représentent des éléments essentiels pour garantir la puissance du plasma mis en œuvre dans le réacteur, avec comme impératif une incertitude associée à la puissance de l’ordre de 10 %. Dans cet objectif, ITER envisage de tester et, si besoin, étalonner l’ensemble de ces dispositifs, avant leur mise en place dans le réacteur, auprès de champs neutroniques similaires ou proches de ceux qui seront générés par la fusion D-D et D-T. Une coopération scientifique est en cours de définition entre ITER et l’IRSN.

Le cas particulier du champ épithermique s’adressera plus spécifiquement aux instrumentations dédiées aux installations médicales émergentes proposant des thérapies par BNCT ; ce type de champ d’étalonnage sera également d’intérêt majeur pour les industriels développant des dosimètres personnels, dans le cadre des recommandations de la norme ISO 21909.

Partenaires

Après la phase de caractérisation des diverses configurations de champs réalistes et du champ épithermique, des comparaisons internationales seront organisées au LNE-IRSN afin de valider les références établies au préalable par le laboratoire. Une campagne de mesures pourra également être réalisée en partenariat avec le LPSC (CNRS/IN2P3) de Grenoble, qui développe un champ épithermique de démonstration pour la BNCT à Grenoble et qui en parallèle adapte son dispositif « µ-TPC » (Mimac-n) pour la mesure dans le domaine épithermique.