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Développement d'une méthode innovante de détection des matières illicites basée sur la spectrométrie des photoneutrons

Défi technologique : Instrumentation nucléaire et métrologie des rayonnements ionisants (en savoir +)

Département : Département Métrologie Instrumentation et Information (LIST)

Laboratoire : Laboratoire de Métrologie de la Dose

Date de début : 01-10-2022

Localisation : Saclay

Code CEA : SL-DRT-22-0888

Contact : benjamin.rapp@cea.fr

La détection du rayonnement produit par les réactions photonucléaires constitue une méthode pour déterminer les éléments présents dans une cible de nature inconnue. Les applications peuvent être multiples : détection des matériaux explosifs, des stupéfiants, des gaz toxiques, des matériaux fissiles, cachés dans un container ou un colis de marchandises. Afin d'améliorer les performances de la méthode, aussi bien pour l'efficacité de détection des actinides que pour la résolution du spectre en énergie des photoneutrons permettant l'identification des pics associés aux noyaux légers présents dans la cible (explosifs, stupéfiants), les photons interrogateurs utilisés pour produire les réactions photonucléaires doivent être mono-énergétiques ou d'énergies discrètes. Ils peuvent également être produits par un accélérateur linéaire d'électrons à condition de pouvoir séparer précisément par traitement des données les contributions des différentes énergies des photons de bremsstrahlung dans le spectre des neutrons mesuré. Ces réactions étant à seuil (6 MeV ou au-delà), l'énergie minimale des photons pour les produire dépasse celle des sources radioactives conventionnellement utilisées. Des sources de photons de ce type peuvent être obtenues par plusieurs méthodes : à partir des réactions induites par des protons de basse énergie produits par une source compacte sur des cibles de matériaux spécifiques tels que le bore, le lithium et le fluor ; par la méthode du photon "taggé" à partir d'une source de photons de bremsstrahlung générée par un accélérateur d'électrons ; par effet Compton inverse à partir d'un faisceau d'électrons interagissant avec un faisceau laser ; ou en utilisant directement la source de bremsstrahlung à condition de pouvoir séparer les contributions mono-énergétiques par traitement des données. La thèse a comme objectif d'étudier en détail les performances atteignables par ces différentes méthodes pour l'application spécifique consistant à détecter des matériaux illicites dans des colis et containers. Des prototypes seront mis en place pour mener l'étude expérimentale des performances et l'optimisation des différents paramètres liés à la source et à la spectrométrie des photoneutrons, afin d'aboutir à un design de système utilisable à l'échelle industrielle.

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