Vers une plateforme d’irradiation photonique multimodale : fondements et conceptualisation // Towards a multimodal photon irradiation platform: foundations and conceptualization

Les techniques d’irradiation photonique exploitent les interactions entre un faisceau de photons de haute énergie et la matière pour effectuer des mesures non destructives. En induisant des réactions photonucléaires, telles que l’activation photonique, les résonances de fluorescence nucléaire (NRF) et la photofission, ces techniques d’irradiation permettent de sonder la matière en profondeur. L’association de ces différentes techniques de mesure nucléaire au sein d’une plateforme d’irradiation unique permettrait une identification précise et quantitative d’une grande variété d’éléments, en sondant le volume des matériaux ou objets étudiés. Le faisceau de photons de haute énergie est généralement produit par rayonnement de freinage (phénomène de Bremsstrahlung) au sein d’une cible de conversion d’un accélérateur linéaire d’électrons. Une alternative innovante consiste à exploiter les électrons de haute énergie délivrés par une source laser-plasma, convertis par rayonnement de freinage ou par diffusion Compton inverse. Une plateforme basée sur une telle source offrirait de nouvelles possibilités, car les sources laser-plasma peuvent atteindre des énergies significativement supérieures, permettant ainsi l'accès à de nouvelles techniques et applications d'imagerie avancées. L’objectif de cette thèse est d’établir les fondements et de conceptualiser une plateforme d’irradiation photonique multimodale. Un tel dispositif viserait à se baser sur une source laser-plasma et permettrait la combinaison des techniques d’activation photonique, des résonances de fluorescence nucléaire (NRF) et de la photofission. En repoussant les limites des mesures nucléaires non destructives, cette plateforme offrirait des solutions innovantes à des défis majeurs dans des secteurs stratégiques tels que la sécurité et le contrôle aux frontières, la gestion des colis de déchets radioactifs, ainsi que l'industrie du recyclage.
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Photonic irradiation techniques exploit the interactions between a beam of high-energy photons and matter to carry out non-destructive measurements. By inducing photonuclear reactions such as photonic activation, nuclear resonance fluorescence (NRF) and photofission, these irradiation techniques enable deep probing of matter. Combining these different nuclear measurement techniques within a single irradiation platform would enable precise, quantitative identification of a wide variety of elements, probing the volume of the materials or objects under study. The high-energy photon beam is generally produced by the Bremsstrahlung phenomenon within a conversion target of a linear electron accelerator. An innovative alternative is to exploit the high-energy electrons delivered by a laser-plasma source, converted by Bremsstrahlung radiation or inverse Compton scattering. A platform based on such a source would open up new possibilities, as laser-plasma sources can reach significantly higher energies, enabling access to new advanced imaging techniques and applications. The aim of this thesis is to establish the foundations and conceptualize a multimodal photonic irradiation platform. Such a device would aim to be based on a laser-plasma source and would enable the combination of photonic activation, nuclear resonance fluorescence (NRF) and photofission techniques. By pushing back the limits of non-destructive nuclear measurements, this platform would offer innovative solutions to major challenges in strategic sectors such as security and border control, radioactive waste package management, and the recycling industry.
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Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département d’Instrumentation Numérique
Service : Service Instrumentation et Métrologie des Rayonnements Ionisants
Laboratoire : Laboratoire Capteurs et Instrumentation pour la Mesure
Date de début souhaitée : 01-01-2025
Ecole doctorale : PHENIICS (PHENIICS)
Directeur de thèse : CARREL Frédérick
Organisme : CEA
Laboratoire : DRT/DIN

Financement public/privé

Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département d’Instrumentation Numérique
Service : Service Instrumentation et Métrologie des Rayonnements Ionisants

M2 ou 3A, physique nucléaire et/ou instrumentation nucléaire