En tant que laboratoire national de métrologie pour le domaine des rayonnements ionisants, le Laboratoire National Henri Becquerel (LNE-LNHB) du Commissariat à l’Énergie Atomique (CEA) dispose d’installations uniques dédiées à la métrologie des radionucléides, dont différents bancs de production d’étalons en phase liquide et d’autres pour le mélange de gaz radioactifs. Dans le cadre de précédents projets de recherche, une installation a été mise en place pour la production d’atmosphères de gaz radioactifs [1] afin de développer de nouveaux moyens d’essais et d’étalonnage répondant aux besoins de la recherche et de l’industrie dans ce domaine.
Une des grandes problématiques actuelles est de reproduire les conditions environnementales de manière la plus représentative possible, afin de répondre au mieux aux exigences réelles (principalement liées aux contraintes réglementaires) en termes d’activité volumique ou de conditions de mesure. Cette problématique générale concerne toutes les substances radioactives, mais elle est particulièrement importante actuellement pour les substances radioactives volatiles. À travers de nombreux projets et collaborations, le CEA/LNHB explore depuis plusieurs années de nouveaux moyens de détection plus performants que les techniques classiques de scintillation liquide. Parmi ces techniques, on peut citer de nouveaux scintillateurs inorganiques poreux [1] qui permettent non seulement la détection en ligne, mais aussi le dé-mélange en ligne d’émetteurs bêta pur (cette technique a été brevetée [2]).
L’objectif de cette thèse est de développer, de mettre en place et d’optimiser ces méthodes de mesure en les appliquant : 1) à un gaz radioactif pure, 2) en mélange multiples de gaz radioactifs émetteurs beta pure et de les identifier par « dé-mélange » dans le cas des scintillateurs poreux, et 3) de manière plus globale en scintillation liquide, cette possibilité ayant été démontrée récemment au LNHB et en cours de publication. Le dé-mélange a notamment un intérêt car il simplifie grandement les mesures de suivit environnementaux en scintillation notamment pour les mélanges 3H et 14C. Actuellement ils sont réalisés par de multiples prélèvements par bulleur puis mélange à un liquide scintillant et la méthode des triples marquages nécessitant plusieurs mois de préparation en étalonnage et quelques semaines d’expérience et préparation. Cette thèse sera directement en lien avec les travaux d’une seconde thèse sur le Compton-TDCR [1] (2025-2028), qui permettra de déterminer la courbe de réponse des scintillateurs.
Les enjeux scientifiques de ce projet sont donc liés à la métrologie des radionucléides et allient expérimentation, instrumentation et analyse pour le développement de méthodes de mesure. Il s’agira de:
- Développer une méthode d’analyse de dé-mélange d’émetteurs beta pur par scintillation en partant des premières idées publiées et déposées.
- D’évaluer la précision de ces dé-mélanges en estimant les incertitudes associées et les seuils de décision.
- De valider le dé-mélange en utilisant le banc gaz radioactif expérimental du laboratoire [1] pour différents gaz radioactifs 3H, 14C, 133Xe, 85Kr, 222Rn, etc. ou bien la scintillation liquide classique.
- D’améliorer le modèle en développant des outils basés sur la machine learning ou l’intelligence artificielle, s’ils sont nécessaires, pour des mélanges à multiples composantes.