Développement d’un dosimètre basé sur la capture de xénon dans une zéolithe

La dosimétrie en réacteur permet de caractériser le spectre neutronique et déterminer la fluence neutronique reçue pendant une irradiation pour le suivi de la fragilisation des matériaux. Cette technique s’appuie sur l’analyse de la radioactivité de dosimètres irradiés, constitués de métaux purs ou d’alliages de compositions connues dont certains isotopes sont l’objet de réactions d’activation ou de fission.
Il existe de nombreux dosimètres répondant en-dessous de 1 keV ou au-dessus de 2 MeV, quelques-uns entre 1 MeV et 2 MeV, mais le Zr est le seul adapté au domaine énergétique compris entre 1 keV et 1 MeV. En outre, peu de dosimètres répondent avec un seuil proche de 1 MeV.
Dans ce contexte, le Xe présente non seulement une réaction intéressante déjà identifiée entre 1 keV et 1 MeV, mais dispose aussi de deux réactions proches de 1 MeV produisant deux fils ayant des périodes d’une dizaine de jours bien adaptées au cycle d’irradiation du prochain réacteur expérimental à fort flux du CEA, le réacteur Jules Horowitz (RJH).
L’idée maitresse de ce sujet de thèse serait d’utiliser des matériaux adsorbants pour fixer une masse suffisante de Xe dans un volume réduit. Des zéolithes commerciales peuvent à présent piéger jusqu’à 30% en masse de Xe lorsque soumises à seulement 1 bar de Xe à température ambiante.
La thèse consistera à réaliser un dosimètre de Xe piégé sur une zéolithe au CNRS MADIREL (déplacements fréquents à prévoir sur le campus Saint Jérôme à Marseille durant la 1ère année) et une chambre gonflée au Xe via la fabrication sur les ateliers de notre laboratoire. L’irradiation conjointe d’un dosimètre et d’une chambre dans un réacteur tel que CABRI à Cadarache permettra d’évaluer les facteurs d’auto-absorption par la zéolithe des raies gamma émises par les isotopes d’intérêt, vérifier leur mesurabilité par la plate-forme MADERE de notre laboratoire, ainsi que le vieillissement des zéolithes sous forte irradiation neutronique. Le dosimètre sera ensuite testé à plus haut flux, par exemple dans le TRIGA du JSI (déplacement d’une semaine à prévoir en Slovénie), via la collaboration CEA-JSI ininterrompue depuis 2008, afin de qualifier ce dosimètre pour le RJH.
Fort de l’acquisition de compétences dans le domaine de la mesure nucléaire, le futur docteur pourra préparer son intégration professionnelle dans les grands organismes de recherche français et étrangers ou dans des entreprises du nucléaire.