Sujet :

Optimisation d’un système de mesure ultra-compact à coïncidence électron/photon pour la détection et la caractérisation de radio-isotopes du xénon

Contexte :

Dans le cadre du Traité d’Interdiction Complète des Essais nucléaires (TICE), le CEA a en charge l’exploitation de dispositifs nommés SPALAX (Système de Prélèvement d’Air en Ligne avec l’Analyse des radioxénons atmosphérique) qui analysent automatiquement les isotopes radioactifs du xénon, produits lors d’activités nucléaires. Le procédé peut être divisé en plusieurs étapes. La première étape d’échantillonnage consiste en un prélèvement continu d’air et en un traitement au travers de membranes de perméation. Le gaz est ensuite envoyé vers l’étage de purification qui consiste en un jeu de colonnes de charbons actifs ayant pour objectif de concentrer le xénon et d’éliminer le radon. Le gaz purifié est concentré autant que possible en xénon sur des colonnes d’adsorbant (tamis moléculaires) avant la détection des radioxénons (Xe131m, Xe133, Xe133m et Xe135) par spectrométrie γ haute résolution.
L’utilisation (i) d’un nouveau matériau adsorbant et (ii) d’un système de détection avec une grande efficacité, permet d’envisager l’allégement, la réduction de la taille des systèmes existants et la diminution de sa demande en énergie.
Afin d’effectuer des mesures sur le terrain, le CEA/DAM Ile de France a commencé le développement des systèmes de type SPALAX simplifiés et compacts. Les premiers travaux, menés lors d’une thèse de doctorat débutée en 2016, ont permis de définir une géométrie de mesure compacte dans laquelle est injecté le gaz. La détection est assurée par un ensemble de deux wafers composés de 4 détecteurs au silicium chacun, placés à l’intérieur de la chambre de mesure en vue de détecter les électrons émis par les différents radioxénons et de deux scintillateurs NaI(Tl), placés à l’extérieur de la chambre de mesure et utilisés pour mesurer les photons X et γ émis lors de la désintégration des radioxénons.
Les signaux électron et photon sont mesurés en coïncidence ce qui permet une identification sans ambiguïté des radioxénons présents dans la chambre de mesure. L’électronique associée est composée de 3 modules numériques Pixie-Net de 4 voies synchronisés en temps via le protocole PTP.

Objectif :

L’objectif du post-doctorat est de continuer les développements logiciels nécessaires à l’analyse et à l’interprétation de signaux collectés dans l’ensemble des détecteurs. En particulier des techniques d’analyse de formes de signaux (Pulse Shape Analysis) pourront être étudiées en vue de discriminer l’origine des différents évènements. Par ailleurs, l’analyse pourra s’appuyer sur des simulations Monte-Carlo utilisant Geant4. Le retour d’expérience sur le dispositif de mesure permettra de proposer des améliorations pour la réalisation d’un second prototype.
Les résultats d’intérêt donneront lieux à des publications scientifiques dans des revues de rang A.

Contact :

TOPIN Sylvain
CEA/DAM Ile-de-France – Bruyères-le-Châtel, 91297 Arpajon
Tél. : 01.69.26.40.00. – sylvain.topin@cea.fr