Développement d'une nouvelle technique de spectrométrie X et gamma des actinides à très haute résolution à l'aide de calorimètres magnétiques

par Riham Mariam

Projet de thèse en Aval du cycle nucléaire, radioprotection et radiochimie

Sous la direction de Martin Loidl.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Particules, Hadrons, Énergie, Noyau, Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulation (Orsay, Essonne) , en partenariat avec Institut CEA LIST (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-02-2016 .


  • Résumé

    Le présent sujet de thèse vise le développement d'une nouvelle technique de spectrométrie à très haute résolution des photons X et gamma des actinides entre 10 et 80 keV. Bien que les actinides soient impliqués dans des domaines stratégiques, la connaissance de leur spectre de photons XL est insuffisante et partielle. Ceci s'explique par la complexité du spectre XL, qui ne peut pas être résolu par les spectromètres à semi-conducteur classiques. C'est pourquoi, afin de disposer d'une meilleure résolution, le Laboratoire National Henri Becquerel (LNHB) du CEA LIST, qui est le laboratoire national de métrologie pour les rayonnements ionisants, développe et utilise des Calorimètres Métalliques Magnétiques (CMM) fonctionnant à très basse température (~ 10 mK) et reposant sur un principe physique différent qui permet d'avoir des résolutions meilleures d'un ordre de grandeur. Le travail de thèse portera dans un premier temps sur le développement d'une technique de spectrométrie très haute résolution en énergie (< 30 eV) à l'aide de CMM. Le doctorant optimisera un dispositif intégrant un CMM de quatre pixels et caractérisera le rendement de détection par plusieurs sources étalons et par simulation Monte Carlo. Dans une deuxième étape, le doctorant réalisera les mesures de spectres de plusieurs actinides pour déterminer les intensités d'émission XL et gamma avec une précision jamais atteinte. À l'issue de ce travail de thèse, le LNHB disposera d'une technique de spectrométrie de photons extrêmement performante à très haute résolution. Elle permettra de combler un manque de connaissances dans les schémas de désintégration des actinides et conduira à de nouvelles méthodes d'analyse isotopique.

  • Titre traduit

    Development of a new technique of X and gamma-ray spectrometric for actinide with very high resolution using magnetic calorimeters


  • Résumé

    The aim of this PhD thesis is the development of a new technique for the spectrometric assessment of the X-ray and gamma-ray emissions of actinides between 10 and 80 keV with very high energy resolution. Although several actinides are present in various strategic fields, the knowledge of their L X-ray spectrum is incomplete and needs to be improved. This is due to the complexity of these spectra that cannot be resolved with semiconductor detectors. Therefore the Laboratoire National Henri Becquerel, the French national laboratory for ionizing radiation metrology, is developing metallic magnetic calorimeters (MMCs), a class of thermal cryogenic detectors working at very low temperature (~ 10 mK). These detectors, based on a different physical phenomenon than semiconductor detectors, offer an improvement by more than an order of magnitude in energy resolution. The first part of the thesis will consist in the development of a very high energy resolution (< 30 eV) spectrometry technique based on MMCs. The candidate will optimize a four pixel MMC device and determine its detection efficiency using several radioactive standard sources combined with Monte Carlo simulations. In the second phase, the PhD student will measure spectra from different actinides and determine XL and gamma emission probabilities with unprecedented accuracy. At the end of the thesis, the LNHB will be able, with this new technique of photon spectrometry with exceptional energy resolution, to improve the knowledge of actinide decay schemes and to develop a new method of isotopic analysis.