Etude et développement de détecteurs dédiés aux mesures de référence de champs neutroniques mono-énergétiques

Amokrane ALLAOUA, thèse de doctorat de l'université de Strasbourg, discipline physique, spécialité neutronique-instrumentions, 183 p., soutenue le 24 novembre 2009

Une des activités principales du Laboratoire de Métrologie et de Dosimétrie des Neutrons (LMDN) est le développement d’un plateau technique produisant des champs neutroniques monoénergétiques ou étendus. Ces champs permettent l’étalonnage et le développement d’instruments de mesures dédiés aux neutrons. L’installation AMANDE produit des champs de neutrons monoénergétiques entre 2 keV et 20 MeV avec une qualité métrologique. La reconnaissance de cette installation comme installation de référence nécessite de déterminer, de manière absolue, les caractéristiques en énergie et en fluence des champs de neutrons produits. Le laboratoire a initié le développement de systèmes de détection permettant une mesure directe de l’énergie et de la fluence des neutrons, sur le principe du télescope à proton de recul. Pour améliorer l’efficacité de détection par rapport aux télescopes à protons de recul généralement utilisés pour ce type de mesure, une étude des éléments constituants le système a été réalisée. Afin de couvrir la large gamme en énergie des neutrons produits, deux solutions complémentaires sont à l’étude. Le télescope à proton de recul utilisant les capteurs CMOS (TPR-CMOS) est dédié aux plus hautes énergies et est développé en collaboration avec le laboratoire RAMSES de l’IPHC de Strasbourg. La micro chambre à projection temporelle dédié à la détection neutron (µ-TPC neutron) sera utilisée pour les plus basses énergies. L’étude de l’adaptation de ce dispositif à l’installation AMANDE est réalisée en collaboration avec le LPSC de Grenoble. Des simulations de ces systèmes et des comparaisons avec la littérature ont été réalisées avec le code de transport Monte Carlo MCNPX, afin de choisir les compositions et les géométries optimisant l’efficacité et les limites de détections de ces dispositifs. Ces modélisations sont présentées.
Les tests des premiers prototypes des deux systèmes ont fait l’objet de plusieurs campagnes de mesures auprès de l’installation AMANDE au cours de ces trois années. Une comparaison entre les résultats expérimentaux et les simulations est ainsi possible et permet de valider les concepts à la base du développement des prototypes, d’optimiser ces prototypes et d’estimer les performances en énergie et en fluence attendues pour ces systèmes. Ces résultats sont également présentés.