Développement d’un système de spectrométrie de neutron étendu au domaine des hautes énergies

Sébastien Serre a soutenu sa thèse mardi 14 décembre 2010.

Afin d’être en mesure de caractériser des champs neutroniques secondaires qui s’étendent jusqu’au domaine des hautes énergies, tels que le champ de rayonnement neutronique induit naturellement par le rayonnement cosmique dans notre atmosphère et celui produit auprès des installations médicales émergentes de hadron-thérapie, une étude relative au développement d’un système de spectrométrie de neutron a été menée.

Le travail de thèse réalisé a d’abord consisté en la définition et l’optimisation par simulation Monte Carlo d’un système de spectrométrie de neutrons étendu au domaine des hautes énergies et adapté aux débits de fluence attendu selon le domaine d’application considéré. Suite à ce travail de modélisation, la définition d’un cahier des charges a permis la réalisation du système. Une deuxième étape de simulation Monte Carlo a concerné l’évaluation des incertitudes et déviations associées aux fonctions de réponse du système précédemment défini. Ces calculs ont concerné aussi bien les incertitudes liées au dimensionnement et à la géométrie du système, à la nature des matériaux choisis, aux bases de données de sections efficaces des réactions neutroniques ainsi qu’aux modèles nucléaires de hautes énergies disponibles dans le code de calcul utilisé. Les réponses aux neutrons secondaires potentiellement générées par des réactions dans les matériaux constituant le système soumis aux rayonnement de particules chargées pouvant être présentes dans le champ mesuré (champ complexe de l’environnement atmosphérique naturel issu du rayonnement cosmique, par exemple) ont été également calculées.

La troisième phase de ce travail de thèse a consisté en la caractérisation expérimentale de ce nouveau système  de spectrométrie, avec des campagnes de mesures réalisées en Suède à The Svedberg Laboratory (TSL), fin 2008, auprès de champs neutroniques de haute énergie. Des mesures ont été par ailleurs réalisées auprès des sources de référence de 241Am-Be et de 252Cf du laboratoire d’accueil.

Enfin, une campagne de mesures s’est déroulée au Centre de Proton-thérapie d’Orsay en Février 2009, afin de démontrer les performances du système développé pour les ambiances neutroniques de haute énergie et de haut débit.