Transport et interaction d'électrons, de photons et de neutrons dans le synchrotron SOLEIL et son environnement : Simulation, Expérimentation et Benchmarcking appliqués à la radioprotection d'un synchrotron de 4ième génération

Transport and interactions of high energy electrons, photons and neutrons. Application to the radiation safety of a 4th generation synchrotron light source

• Auteur / Autrice : Jean-Baptiste Pruvost
• Direction : Nicolas Delerue
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique des accélérateurs
• Date : Inscription en doctorat le 01/03/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Synchrotron SOLEIL
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Synchrotron

Radiation

Activation

Radioprotection

Synchrotron

Radiation

Activation

Radiation protection

Résumé

Dans le cadre des études de recherche et développement menées pour la mise à niveau de l'anneau de stockage du synchrotron SOLEIL au standard de l'excellence mondiale des sources de très faible émittance, les conséquences radiologiques doivent être appréhendées afin d'assurer cette transition et l'exploitation de la nouvelle machine en toute sécurité vis-à-vis de l'exposition aux rayonnements ionisants des travailleurs, du public et de l'environnement. L'objet de cette thèse est de caractériser et quantifier précisément la source de rayonnement produite par les pertes du faisceau d'électrons résultants de la forte diminution de la durée de vie du faisceau qui caractérise ces anneaux de très faible émittance. Les interactions et le transport des électrons seront modélisées en 3D à l'aide du code de calculs Monte Carlo FLUKA afin de déterminer le rayonnement secondaire produit, vérifier l'efficacité des blindages par rapport à ce nouveau terme source et, le cas échéant, concevoir et optimiser d'éventuels blindages complémentaires. La méthodologie retenue est de réaliser dans un premier temps le modèle 3D détaillé et les calculs de simulation numérique de la machine actuelle et de confronter les résultats aux mesures qualitatives et quantitatives qui seront réalisées sur cette machine pour le rayonnement prompt ainsi que sur l'activation produite dans les éléments constituant l'accélérateur. Dans un second temps, les modélisations et les calculs seront optimisés sur la base des résultats ainsi obtenus pour évaluer les enjeux de radioprotection pour la future machine et l'impact des éléments activés sur l'exploitation et le futur démantèlement de l'installation.

Research and developments studies dedicated to very low emittance Synchrotron SOLEIL's storage ring upgrade include thorough studies of radiological impacts due to the huge enhancement of the beam losses resulting from the dramatic decrease of the stored beam lifetime in such low emittance ring. The purpose of this thesis is to characterize and quantify accurately the ionizing radiation source and radioactivity induced by the electron beam losses. Transport and interactions of the electrons will be modelized for calculations with the Monte Carlo code FLUKA in order to define prompt radiation and induced activity for radiation protection shielding design and if necessary, enhancement of present one. Foreseen methodology is, first, to compute an accurate model of the present storage ring with its present characteristics and compare calculation results with on site measurements of both prompt radiation and induced radioactivity. Then, model and calculations will be optimized to evaluate as accurately as possible radiation protection issues for both the dismantling of the storage ring and the radiation safety of the new ring operation.