Caractérisation élémentaire par interrogation neutronique avec la technique de la particule associée

par Wassila El Kanawati

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Johann Collot et de Bertrand Perot.

Soutenue le 13-07-2011

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie (équipe de recherche) .

Le président du jury était Mourad Ramdhane.

Le jury était composé de Johann Collot, Bertrand Perot, Jean-claude Angelique, Cedric Carasco, Thibaud Delahaye.

Les rapporteurs étaient Bernard Berthier, Philippe Dessagne.


  • Résumé

    Le système EURITRACK, basé sur la technique de la particule associée, vise à détecter des explosifs et des drogues dans les conteneurs maritimes avec des neutrons de 14 MeV produits par la réaction D(T,)n. La particule alpha et le neutron sont émis environ à 180° l'un de l'autre. Les réactions induites par le neutron produisent des rayonnements gamma qui sont détectés en coïncidence avec la particule alpha pour déterminer la direction et le temps de vol neutronique, et ainsi remonter à l'origine des rayonnements gamma dans le conteneur. La composition chimique est obtenue par déconvolution du spectre gamma en signatures élémentaires (C, O, N, Fe,…). Les rapports des nombres de coups du carbone, de l'oxygène et de l'azote sont convertis en proportions chimiques, afin de distinguer les matières organiques bénignes et illicites, via des facteurs calculés par simulation Monte Carlo et validés expérimentalement. Ils prennent en compte la modération neutronique et l'atténuation photonique dans les marchandises transportées. L'application à la caractérisation élémentaire des déchets radioactifs est aussi étudiée par simulation, avec des écrans et collimateurs pour limiter le bruit dû à l'émission radiologique des colis.

  • Titre traduit

    Identification of materials by an advanceded neutronic method.


  • Résumé

    The EURITRACK inspection system, based on the associated particle technique, aims at detecting explosives and narcotics in cargo containers with 14 MeV neutrons produced by the D(T,)n reaction. Alpha particle and neutron are emitted almost back to back. Reactions induced by fast neutrons produce gamma rays which are detected in coincidence with the alpha particle to determine the neutron direction. Neutron time-of-flight allows to determine gamma-ray origin inside the container. Information concerning material composition is obtained by unfolding the gamma spectrum into elemental signatures using a database of elemental spectra (C, O, N, Fe…). Carbon, oxygen, and nitrogen count ratios are converted into chemical proportions to distinguish illicit and benign organic materials. Conversion factors based on Monte Carlo simulations have been calculated and validated experimentally, taking into account neutron slowing down and photon attenuation in cargo materials. Application to the elemental characterisation of radioactive wastes is also studied by numerical simulation, with shields and collimators to limit the background due to waste radiations.


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