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Proposition de post-doc
Étude des radionucléides émetteurs X pour la dosimétrie en réacteur

Domaine
Sciences pour l’ingénieur, métrologie
Description de l’offre
Le LNHB (Laboratoire National Henri Becquerel) est le laboratoire national de métrologie dans le domaine des rayonnements ionisants. L’une des missions du laboratoire est la mesure d’activité des radionucléides et la détermination de données de décroissance des radionucléides. La mesure d’activité des radionucléides émetteurs X, dans la gamme d’énergie inférieure à 100 keV, présente plusieurs difficultés qui limitent la précision du résultat. Parmi celles-ci, il faut citer la difficulté d’étalonner le rendement des détecteurs et, de façon générale, les incertitudes importantes associées aux intensités d’émission X. De plus, les effets d’auto-absorption du rayonnement X dans les sources étalons ou les échantillons entraînent des corrections importantes qu’il importe de maîtriser.
Parmi les applications importantes de la mesure des émetteurs X, la dosimétrie en réacteur, qui permet de déterminer la fluence neutronique reçue pendant une irradiation et d’en caractériser le spectre, s’appuie sur l’analyse de l’activité de dosimètres irradiés. Ceux-ci sont constitués de métaux purs ou d’alliages de compositions parfaitement connues dont certains isotopes font l’objet de réactions d’activation ou de fission sous l’effet des neutrons. Par exemple, les réactions ⁹³Nb(n,n’)^93mNb et ¹⁰³Rh(n,n’)^103mRh sont de première importance pour la dosimétrie en réacteur et s’avèrent particulièrement intéressantes pour caractériser les flux de neutrons autour de 1 MeV.

Le travail du/de la post-doctorant/e consistera à :
- Exploiter les résultats d’un étalonnage en rendement d’un détecteur au germanium de haute pureté (GeHP) réalisé au moyen d’un radiomètre cryogénique à substitution électrique et de photodiodes de transfert. Celui-ci sera utilisé pour mesurer les intensités d’émission X de radionucléides utilisés en standard pour l’étalonnage des détecteurs (¹³³Ba, ¹⁵²Eu, etc.) ;
- Améliorer la connaissance des intensités d’émission photonique suivant la désintégration de ^93mNb, ¹⁰³Pd et ^103mRh ;
- Faire une analyse critique des données publiées sur ces radionucléides et contribuer à l’évaluation et la publication des schémas de désintégration de ces radionucléides.
Durée du contrat
1 an (possibilité de renouvellement 1 fois)

Date de début souhaitée
1/4/2023

Site
CEA Saclay

Laboratoire d’accueil
Le Laboratoire National Henri Becquerel (LNHB), implanté à Saclay, est en charge de la métrologie française pour les rayonnements ionisants. Il est désigné par le LNE (Laboratoire National de Métrologie et d’Essais), l’institut de métrologie française et est aussi un laboratoire du CEA (Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives) avec un personnel permanent d’environ 50 personnes. Au sein du LNHB, le Laboratoire de Métrologie de l’Activité (LMA) dispose de diverses techniques de mesure de l’activité.

Profil du candidat
Le/la candidat/e doit être titulaire d’un doctorat en physique avec des connaissances en instrumentation nucléaire. Il/elle doit avoir une solide connaissance des interactions rayonnements – matière et un intérêt pour les expériences en laboratoire. Il/elle devra démontrer un bon esprit critique et avoir le souci de la précision pour l’analyse détaillée des résultats.

Contact : Merci d’envoyer votre curriculum vitae et une lettre de motivation à :
Marie-Christine LÉPY
DRT/LIST/DIN/SIMRI/LNHB-MA
Bât. 602
CEA-Saclay
91191 Gif-sur-Yvette FRANCE
Tél. : +33 1 69 08 24 48
Fax. : +33 1 69 08 26 19
E-mail : marie-christine.lepy@cea.fr

Description détaillée du sujet
La mesure d’activité des radionucléides émetteurs X, dans la gamme d’énergie inférieure à 100 keV, rencontre plusieurs difficultés qui limitent la précision du résultat. Parmi celles-ci, il faut citer la difficulté d’étalonner le rendement des détecteurs et, de façon générale, les incertitudes importantes associées aux intensités d’émission X. De plus, les effets d’auto-absorption du rayonnement X dans les sources étalons ou les échantillons entraînent des corrections importantes qu’il importe de maîtriser.
Parmi les applications importantes de la mesure des émetteurs X, la dosimétrie en réacteur, qui permet de déterminer la fluence neutronique reçue pendant une irradiation et d’en caractériser le spectre, s’appuie sur l’analyse de l’activité de dosimètres irradiés. Ceux-ci sont constitués de métaux purs ou d’alliages de compositions parfaitement connues dont certains isotopes font l’objet de réactions d’activation ou de fission sous l’effet des neutrons. Par exemple, les réactions ⁹³Nb(n,n’)^93mNb et ¹⁰³Rh(n,n’)^103mRh sont de première importance pour la dosimétrie en réacteur et s’avèrent particulièrement intéressantes pour caractériser les flux de neutrons autour de 1 MeV.
Les données utilisées pour l’étalonnage en rendement des spectromètres X dans la gamme d’énergie inférieure à 100 keV sont les intensités d’émission des raies XKα et XKβ de radionucléides utilisés comme étalons. Ces données sont totalement corrélées, car calculées à partir d’une même base pour les rendements de fluorescence, et il est apparu qu’elles sont partiellement incohérentes, y compris pour les rapports Kα / Kβ d’un même radionucléide. Une analyse détaillée des paramètres atomiques utilisés pour calculer les intensités d’émission et l’évaluation de nouvelles valeurs, s’appuyant sur une analyse critique des plus récentes publications est nécessaire.
Pour l’étalonnage en rendement des spectromètres X, une approche innovante consiste à s’affranchir des étalons radioactifs en utilisant un rayonnement photonique monochromatique dont l’énergie et l’intensité sont bien caractérisées. Ceci est en cours de réalisation grâce à un radiomètre cryogénique à substitution électrique qui a permis d’étalonner « en absolu » des photodiodes, utilisées à leur tour comme détecteur de transfert pour étalonner un spectromètre basé sur un détecteur au germanium de haute pureté (GeHP). Avec un étalonnage en rendement obtenu indépendamment des émissions X tabulées, il sera possible de mesurer les intensités d’émission X de façon totalement indépendante et donc d’apporter des informations précieuses pour toutes les analyses s’appuyant sur la spectrométrie dans la gamme d’énergie inférieure à 40 keV. Ceci sera en particulier appliqué à la mesure des X émis dans la désintégration de l’europium-152, qui comporte deux branches, vers le samarium-152 et le gadolinium-152, donc émettant deux séries de raies X. Il apparaît que les intensités des émissions X des deux fils sont incohérentes. De nouvelles mesures sont donc nécessaires pour lever cette ambiguïté. Les mesures consistent à utiliser une source radioactive d’activité connue et de mesurer les intensités d’émission photonique par spectrométrie. Des incertitudes relatives de l’ordre de 1 % sont attendues et nécessitent une approche métrologique stricte.
Pour la mesure de l’activité des dosimètres utilisés en réacteur, il est également nécessaire d’améliorer la connaissance des intensités d’émissions X et gamma de faible énergie du niobium-93m et du rhodium-103m. La mesure du second radionucléide est délicate, car sa période radioactive est inférieure à 1 heure. Une approche spécifique est donc nécessaire, en utilisant le palladium-103 dont la désintégration conduit au niveau métastable du rhodium-103m : les deux schémas de désintégration de ¹⁰³Pd et de ^103mRh sont donc directement liés. Par ailleurs, il existe une incohérence entre l’intensité de l’émission gamma à 40 keV et les émissions XK autour de 20 keV, communes à ces deux radionucléides (l’émission X correspondant à la conversion interne de la transition à 40 keV pour le ^103mRh). Une nouvelle évaluation de ces deux schémas de désintégration sera basée sur l’analyse des données expérimentales récentes (y compris celles obtenues dans le cadre de cette étude) et sur l’utilisation de codes de calcul des coefficients de conversion interne. Ce travail conduira à des « valeurs recommandées » et permettra de mettre à jour la « Table de radionucléides » diffusée par le Laboratoire National Henri Becquerel (http://www.lnhb.fr/donnees-nucleaires/donnees-nucleaires-tableau/).

Plusieurs de ces sujets pourront faire l’objet de publication.
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Proposition de post-doc
Développement d’une instrumentation multi-détecteurs modulaire pour la mesure de paramètres atomiques et nucléaires

Domaine
Physique, instrumentation
Description de l’offre
Le projet PLATINUM (PLATeforme d’Instrumentation NUmérique Modulable) a pour objectif de développer une plateforme modulable pour tester de nouvelles instrumentations utilisant deux ou plusieurs détecteurs en coïncidence. Le principe mis en œuvre dans ce projet s’appuie sur la détection simultanée d’interactions ayant lieu dans deux détecteurs différents, en recueillant des informations sur le type de particule et son énergie (spectroscopie). Ce principe est à la base de mesures absolues d’activité ou des systèmes actifs de réduction du fond continu pour améliorer les limites de détection. Mais il permet également de mesurer des paramètres caractérisant le schéma de désintégration, comme les coefficients de conversion interne, les rendements de fluorescence ou les corrélations angulaires entre les photons émis en cascade.
Fort de son expertise en données atomiques et nucléaire, le LNHB constate depuis de nombreuses années l’incomplétude des schémas de désintégration pour certains radionucléides. Ces schémas, établis lors de l’évaluation à partir des données mesurées existantes, présentent parfois des incohérences ou des transitions mal connues, en particulier en présence de transitions gamma fortement converties ou de très faible intensité (par exemple les études récentes sur ¹⁰³Pa, ¹²⁹I et ¹⁴⁷Nd ont révélé de telles incohérences). Il apparaît donc important pour le LNHB d’apprendre à maîtriser la technique de mesure en coïncidences, en tirant parti des nouvelles possibilités en termes d’acquisitions et d’horodatage des données pour apporter des compléments d’information sur les schémas de désintégration et contribuer à leur amélioration.

Le travail proposé au post-doctorant dans ce projet est de développer et optimiser la partie d’acquisition en coïncidences en utilisant un module d’acquisition numérique rapide avec l’enregistrement d’événements horodatés pour un traitement post–acquisition (hors ligne), suivant trois étapes principales :
1. Sélection et optimisation de l’électronique numérique d’acquisition
  Différents modules commerciaux sont disponibles au laboratoire et seront comparés pour cette instrumentation utilisant deux détecteurs. Différents tests avec des énergies et des taux de comptage variables seront nécessaires afin d’optimiser les paramètres d’acquisition et les réglages des constantes de temps et portes de coïncidence.
2. Validation de l’instrumentation
  Les performances de cet ensemble devront être validées et intégrées dans un système simple, constitué de deux spectromètres gamma à déplacement automatisé, pour la mesure des corrélations angulaires entre les photons émis en cascade lors d’une désintégration radioactive (cas du cobalt-60 et du sodium-22). Les tests permettront de s’assurer de la fiabilité métrologique de l’instrumentation et d’évaluer les incertitudes associées.
3. Application au calcul des corrections de coïncidences
  L’ensemble instrumental sera utilisé pour étudier des radionucléides avec un schéma de désintégration plus complexe (¹³³Ba ou ¹⁵²Eu). Les effets sur les corrections de coïncidences en spectrométrie gamma seront quantifiés par une approche expérimentale, dans différentes conditions géométriques, couplée à des simulations de Monte-Carlo.
Durée du contrat
1 ans

Site
CEA Saclay

Laboratoire d’accueil
Le Laboratoire National Henri Becquerel (LNHB), implanté à Saclay, est en charge de la métrologie française pour les rayonnements ionisants. Il est désigné par le LNE (Laboratoire National de Métrologie et d’Essais), l’institut de métrologie française et est aussi un laboratoire du CEA (Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives) avec un personnel permanent d’environ 50 personnes. Au sein du LNHB, le Laboratoire de Métrologie de l’Activité (LMA) dispose de diverses techniques de mesure de l’activité.

Contact
Benoît SABOT ou Christophe BOBIN
DRT/LIST/DIN/SIMRI/LNHB-MA
Bât. 602
CEA-Saclay
91191 Gif-sur-Yvette FRANCE
Tél. : +33 1 69 08 46 52 ou +33 1 69 08 29 64
Fax. : +33 1 69 08 26 19
E-mail : benoit.sabot@cea.fr ou christophe.bobin@cea.fr
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Proposition de stage Master 2
Développement d’un nouvel outil de gestion de base de données de radionucléides accessible en ligne

Domaine
Informatique, métrologie

Description de l’offre
Le LNHB (Laboratoire National Henri Becquerel est le laboratoire national en charge de la métrologie des rayonnements ionisants. Il définit notamment les unités du Système International dans les domaines de la radioactivité (unité : becquerel) et de la dosimétrie (unité : gray).
Il coordonne aussi les activités du groupe de travail international DDEP (Decay Data Evaluation Project, http://www.lnhb.fr/ddep_gt) dont la mission est de mettre à la disposition des utilisateurs des données recommandées relatives à la décroissance des radionucléides (période radioactive, modes de désintégration, énergies et intensités d’émission, …). Ces données sont obtenues par les membres du DDEP après évaluation des mesures publiées et sont ensuite intégrées à une base de données de radionucléides développée par le LNHB. Celle-ci permet ensuite de diffuser les données sous différentes formes : publications papier, fichiers, application web (par ex. : l’outil Nucléide-Lara : http://www.lnhb.fr/donnees-nucleaires/module-lara).
Afin de gérer cette base de données, le LNHB a aussi réalisé un outil de saisie permettant aux évaluateurs de l’alimenter (ajout, modification, suppression, outils de vérification et d’édition, …).
Le but du stage est le développement d’un nouvel outil de saisie, accessible au travers d’une interface web (par ex. : PHP + SQL), pour remplacer une base locale créée avec Microsoft Access. Ceci permettra aussi de le rendre indépendant de toute application propriétaire et de tout système d’exploitation.

Durée du contrat
6 mois

Site
CEA Saclay

Profil du candidat
Master 2
Informatique, gestion de bases de données en SQL, programmation avec le langage PHP

Contact
Mark KELLETT ou Christophe DULIEU
DRT/LIST/DIN/SIMRI/LNHB-MA
Bât. 602
CEA-Saclay
91191 Gif-sur-Yvette FRANCE
Tél. : +33 1 69 08 27 76
Fax. : +33 1 69 08 26 19
E-mail : mark.kellett@cea.fr ou christophe.dulieu@cea.fr

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