Sujet :

Développement d’un multi-détecteur neutron pour la lutte contre le terrorisme

Contexte :

Le programme de recherche en sécurité globale du CEA est centré sur la lutte contre le terrorisme, avec une priorité donnée aux menaces NRBC-E (nucléaire, radiologique, biologique, chimique et explosifs). Les actions portent principalement sur le développement de technologies innovantes dans le domaine de la détection, de l’identification, de l’instrumentation, des contre-mesures médicales et de la décontamination. Les équipes du CEA/DAM Ile-de-France ont la charge des études de R&D des menaces nucléaires et radiologiques. Dans le cas particulier de telles menaces, différents diagnostics actifs (imagerie X basse et haute énergies) ou passifs (spectroscopie gamma, mesures neutroniques) sont déployés par les équipes du CEA pour comprendre la menace que présente un colis terroriste et préparer sa neutralisation, voire son démontage.
Le sujet de thèse proposé concerne le diagnostic neutronique qui permet, notamment, de signer la présence de matière fissile dans un colis suspect à partir de l’étude des instants de détection des neutrons. Actuellement, les détecteurs utilisés sont composés de tubes d’3He insérés dans un bloc de polyéthylène. Le ralentissement des neutrons dans le modérateur ne permet pas d’accéder aux faibles constantes de temps de certains colis. L’objectif de la thèse est de développer un multi-détecteur basé sur des scintillateurs et permettant la détection des neutrons rapides. L’absence de modération permettra, entre autres, l’accès à de nouvelles observables.

Objectif de la thèse :

Les objectifs de cette thèse sont de développer et de caractériser un prototype de multi-détecteur de neutrons rapides. La conception de ce multi-détecteur sera appuyée par des simulations numériques avec les codes Geant4 et MCNP. Le candidat aura la charge de la conception mécanique du détecteur, la sélection et la qualification des scintillateurs utilisés ainsi que la programmation du système d’acquisition.
Les performances du prototype seront évaluées à l’aide de sources radioactives, sur des objets représentatifs et lors d’expériences sur les accélérateurs électrostatiques du CEA/DAM Ile-de-France.
Le(a) candidat(e) aura également en charge l’analyse des données à l’aide de programmes qu’il(elle) devra mettre au point. Des algorithmes de traitement du signal devront être développés afin d’assurer une bonne séparation des évènements dus à l’interaction des neutrons et ceux causés par les rayons gamma dans les scintillateurs. Des méthodes de machine learning pourront notamment être étudiées. L’interprétation des résultats obtenus se fera en collaboration avec des théoriciens du CEA/DAM Ile-de-France.

Déroulement de la thèse :

Dans un premier temps, la conception générale du détecteur (géométrie, nombre et type de scintillateur) sera définie à l’aide de simulations numériques. Les éléments composant le détecteur seront ensuite qualifiés expérimentalement avant d’être assemblés. Le prototype sera enfin caractérisé lors d’expériences sur le CEA/DAM Ile-de-France et lors d’exercices faisant intervenir des objets réalistes.
Certains résultats de la thèse pourront faire l’objet de publications dans des revues scientifiques et de présentations lors de conférences internationales.
Le(a) candidat(e) devra avoir des connaissances en physique nucléaire, en interaction rayonnement-matière et un goût prononcé pour l’expérimentation. Des connaissances en programmation C/C++ et/ou Python seraient souhaitables.

Directeur de thèse et école doctorale :

ROIG Olivier
olivier.roig@cea.fr
ED non définie

Encadrant :

DENIS-PETIT David
CEA/DAM Ile-de-France – Bruyères-le-Châtel, 91297 Arpajon
Tél. : 01.69.26.40.00. – david.denis-petit@cea.fr