Conception d'un champ neutronique épithermique 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

Le sujet de cette thèse répond à la question 3 de la stratégie scientifique de l'IRSN qui porte en partie sur l'amélioration des méthodes et outils destinés à évaluer le risque consécutif aux expositions des travailleurs, de la population, des patients et des écosystèmes.

Le LMDN est l'unique laboratoire français chargé de la métrologie des neutrons. Dans le cadre de ses missions, le LMDN dispose d'une plateforme expérimentale permettant de produire des champs neutroniques de référence. Sur les installations CEZANE et AMANDE-MIRCOM, plusieurs dispositifs (voir image) permettant de couvrir les domaines énergétiques dits thermique et rapide.

Le domaine épithermique demeurant non représenté dans la métrologie, L'objectif de cette thèse est de concevoir un dispositif permettant la production d'un champ neutronique de référence dans ce domaine en énergie (de 0,5 eV à 10 keV). Ce champ sera un complément majeur pour l'étalonnage d'appareils de radioprotection et de dosimétrie destinés aux travailleurs du nucléaire. De plus les champs épithermiques sont majoritairement utilisés pour des traitements de radiothérapie tel que la BNCT.

Cette thèse s'articule autour de deux grandes parties :

• la conception d'un équipement qui, associé à un accélérateur de particules, permettra de produire un champ neutronique épithermique ;
• la mise en place d'une méthode de caractérisation de ce champ.

Deux dispositifs adaptables à l'accélérateur T400 ont été modélisés. Le premier dispositif, constitué de la superposition de plusieurs matériaux modérateurs, a été obtenus par simulation MCNP. Le second a été réalisé en collaboration avec le LPSC à l'aide d'un algorithme d'optimisation topologique. Ces deux dispositifs répondent à l'ensemble des contraintes mécaniques, techniques et dosimétrique. Cependant, une étude de faisabilité a montré qu'ils n'étaient pas réalisables industriellement à cause de leurs coûts. Des études restent à mener afin d'identifier des matériaux pouvant respecter l'ensemble des contraintes et le budget fixé. Ces contraintes rendent l'obtention de ce champ épithermique incertain dans le cadre de cette thèse. C'est pourquoi, en parallèle, des simulations sont en cours afin de concevoir un nouveau dispositif avec des contraintes allégées. L'objectif est de le construire en 2023 pour mettre au point une méthode de caractérisation de ce champ. Cette méthode restera à appliquer sur le champ épithermique final une fois celui-ci obtenu