Dimensionnement d'un tomographe à haute énergie pour le contrôle non-destructif d'objets massifs

par Marc Kistler

Projet de thèse en MEP : Mécanique des fluides Energétique, Procédés

Sous la direction de Elsa Merle-Lucotte.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , en partenariat avec CEA Cadarache (laboratoire) depuis le 01-10-2016 .


  • Résumé

    Dans le cadre de ses actions de R&D sur la caractérisation non destructive par imagerie, le CEA utilise un dispositif d'irradiation par rayons X de haute énergie (plusieurs MeV). Ce dispositif, unique en France, permet de réaliser des radiographies et des tomographies sur des objets de grands volumes, tels que des colis de déchets radioactifs. Le Laboratoire de Mesures Nucléaires (LMN), qui mène les projets de R&D sur cette installation, a engagé une évolution majeure du système en lançant l'approvisionnement d'un nouvel accélérateur d'énergie augmentée à 20 MeV, permettant d'atteindre de très forts flux X , mais également des résolutions spatiales très fines pour ces énergies, et d'un banc mécanique de positionnement d'une capacité de 5 tonnes. Ce système permettra également la mise en oeuvre de nouvelles modalités d'imagerie, comme la tomographie multi-énergies, technique d'identification des matériaux permettant de découpler la mesure de densité de celle du numéro atomique effectif. Préalablement à la mise en oeuvre de ce dispositif, une importante phase d'étude et de simulation des performances est nécessaire afin de dimensionner un détecteur adapté et de prédire les précisions attendues quant à la caractérisation des matériaux. Les études seront notamment menées par simulations Monte-Carlo à l'aide de codes de calculs tels que MCNP et Geant4. Dans l'attente de l'installation des nouveaux équipements, une phase de qualification expérimentale des détecteurs et des traitements algorithmiques associés sera menée sur le système d'imagerie actuel. Une seconde phase consistera alors à explorer le potentiel pressenti sur les méthodes bi-énergies. Des modélisations seront également effectuées à partir d'un logiciel dédié développé au LMN, afin d'étudier les différentes sources de dégradation du signal, d'optimiser les paramètres entrant en jeu et d'effectuer les dimensionnements nécessaires. Les performances (incertitudes sur la densité et le numéro atomique) seront finalement estimées par simulation, puis confirmées expérimentalement avec l'accélérateur 20 MeV. Des qualifications partielles pourront être menées préalablement avec l'accélérateur actuel de 9 MeV.

  • Titre traduit

    Design of a high-energy tomograph for non-destructive characterisation of massive objects


  • Résumé

    As part of its R&D activities on high-energy imaging for non-destructive characterization, the CEA uses a high energy X-rays radiation device (several MeV). This system, unique in France, allows computed tomography scans on large objects, such as radioactive waste drums. The Laboratoire de Mesures Nucléaires (Nuclear Measurement Laboratory), which conducts R&D projects on this facility, has planned a major upgrade of the system by starting the supply of a new linear accelerator with an energy increased up to 20 MeV in order to achieve a very strong flux of X-rays, but also a very fine spatial resolution for these energies. A new mechanical positioning bench with a capacity of 5 tons has also been ordered. This new system will allow the implementation of new imaging modalities such as multi-energy computed tomography techniques for materials identification by decoupling density and effective atomic number measurements. Prior to the implementation of this system, an important phase of study and performance simulation is necessary to design a suitable detector and predict the expected results of the material characterization. The studies will be conducted in particular by Monte-Carlo simulations using computer codes such as MCNP and Geant4. Pending the installation of these new equipments, an experimental qualification phase of the detectors and associated algorithmic processing will be conducted on the current imaging system. A second phase will be dedicated to the exploration of bi-energy methods. Simulations will also be performed thanks to a dedicated software developed at the LMN in order to consider the various sources of signal degradation, to optimize the parameters involved and to make the necessary dimensioning adjustments. Performance (uncertainties on the density and on the atomic number) will ultimately be estimated by simulation and experimentally confirmed with the 20 MeV accelerator. First qualifications will be conducted with the current 9 MeV accelerator.