Etude et optimisation du rapport signal-sur-bruit des détecteurs neutroniques optiques appliquées aux environnements réacteurs

La mesure de la puissance d’un réacteur nucléaire avec des détecteurs neutroniques tels que des chambres à fission est aujourd’hui largement éprouvée. En revanche, la diversité des conditions expérimentales au sein de réacteurs de recherche et le besoin de précision nécessite le développement de nouvelles techniques de mesures telles que les chambres à fissions optiques. Cette technologie repose sur la détection des photons de scintillation d’un gaz excité par le dépôt d’énergie de fragments de fissions. Elle permettrait d’obtenir un détecteur passif, robuste et miniaturisable. Une preuve de concept d’un tel détecteur sur faisceau de neutron avait été l’objet d’une précédente thèse, l’objectif de la présente thèse est d’évaluer les performances des chambres à fissions optiques en réacteur.Dans un champ mixte neutron-γ de réacteur nucléaire, la composition du signal est complètement modifiée par les phénomènes de luminescences au sein de la fibre, ce qui nous oblige à adapter notre compréhension de ce dernier. Une partie de cette thèse a donc porté sur la modélisation du signal des chambres à fissions optiques en environnement réacteur afin de déterminer le rapport signal-sur-bruit : la proportion du signal généré par le flux neutronique. Le spectre d’émission modélisé montre un bon accord avec les mesures spectroscopiques effectuées sur le réacteur CABRI.De plus, grâce à la dynamique de ces chambres il a été possible de mesurer des transitoires de puissance allant jusqu’à 21 GW dans des emplacements où l’utilisation de chambres à fission se révèle impossible. Les améliorations successives de la chaine de mesure ont permis d’augmenter le rapport signal-sur-bruit d’un facteur et 8 ainsi de caractériser la largeur à mi-hauteur du pulse et l’énergie déposée dans le cœur avec une incertitude variant entre 10 et 20%. Enfin, les différents essais en réacteur ont mis en évidence que le principal verrou technologique de ces détecteurs est lié à la tenue des optiques sous irradiation. Sur ce point les prototypes actuels peuvent encore être améliorés. La modélisation du signal de ces détecteurs a également mis en lumière plusieurs pistes telles que l’étude du gaz de remplissage ou de la géométrie de la chambre, qui pourraient encore améliorer le rapport signal-sur-bruit de ce type de détecteur.