Le travail doctoral proposé est dédié à l’optimisation des méthodes de caractérisation non-destructives de la quantité de plutonium dans les colis de déchets radioactifs. L’une des principales méthodes de mesure nucléaire pour atteindre cet objectif est basée sur le comptage passif des coïncidences entre neutrons de fission spontanée. La plupart des postes de mesure neutronique sont équipés de compteurs 3He qui présentent l’avantage d’avoir un bon rendement de détection tout en étant peu influencés par le rayonnement gamma.
Cependant, le prix de ces détecteurs a beaucoup augmenté ces dernières années et ils sont relativement lents car ils nécessitent une thermalisation préalable des neutrons à détecter. Les scintillateurs plastiques représentent une alternative 5 à 10 fois moins coûteuse à efficacité de détection équivalente, ce qui les rend intéressants pour la mise en œuvre sur des postes industriels. En contrepartie, ils sont très sensibles aux rayonnements gamma et au phénomène de diaphonie (coïncidences parasites dues aux diffusions entre détecteurs voisins). Une méthode innovante de discrimination des coïncidences utiles et parasites par différentiation des temps de vols entre neutrons et rayonnements gamma a été élaborée et validée lors de travaux précédents.
Il reste des verrous pratiques importants ciblés par la présente thèse afin de tendre vers un poste de mesure neutronique industriel munis de ces scintillateurs, notamment pour les déchets technologiques (ORANO La Hague, MELOX Cadarache). L’objectif principal en mesure neutronique passive sera de franchir une étape dans l’efficacité de détection, le traitement de données et la réduction des incertitudes liées aux effets de matrice et de localisation de la matière nucléaire, en associant étroitement expériences et modélisation. Un objectif secondaire de la thèse sera de démontrer la faisabilité de la mesure neutronique active en terme de traitements de données et de tenue aux forts taux de comptage pour la quantification de la masse de matière nucléaire (détections des neutrons de fissions induites par générateur de neutrons).
Le travail proposé ouvre des perspectives professionnelles en particulier vers les centres de recherche et les départements de R&D dans l’industrie.
Un stage de master 2 est proposé par l’équipe en complément de la thèse.