Définition par Modélisation, Optimisation et Caractérisation d'un Système de Spectrométrie de Neutron par Sphères de Bonner Etendu au Domaine des Hautes Energies - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2010

Design, Optimization and Characterization of a Bonner Sphere Neutron Spectrometer Extended to High Energy Domain

Définition par Modélisation, Optimisation et Caractérisation d'un Système de Spectrométrie de Neutron par Sphères de Bonner Etendu au Domaine des Hautes Energies

Résumé

Characterization by spectral measurement of the ambient atmospheric neutron environment proves to be specifically essential in the context of the current problems related to the evaluation of the effects of natural radiation in semiconductor materials. These identified "Single-Event Effects" are likely to affect the proper functioning of highly scaled silicon technologies up to terrestrial ground level altitudes. The works performed in this thesis have thus focused on the development of a neutron spectrometer, based on the principle of the generalized system of Bonner spheres, with suitable sensitivity for natural atmospheric radiation environment measurement and in addition extended efficiency to the high energy domain. The development of the spectrometer was then greatly based on intensive numerical simulations using the MCNPX Monte Carlo transport code. Once the multi-detector set defined by a detailed modeling, the fluence response matrix was determined over a wide energy spectrum from thermal energies up to several GeV. An extension and then optimization phase of the response to neutrons of energy upper than tens of MeV were carried out to reach the final configuration and sizing of the spectrometry system, to its own realization. A characterization phase of the spectrometer by Monte Carlo simulations was then devoted to the evaluation of possible deviations and uncertainties associated with calculated fluence responses. An analysis of the spectrometer sensitivity to atmospheric radiative charged components completes and finalizes this exhaustive Monte Carlo characterization of the system. Some measurement tests performed using the spectrometer under 241Am-Be reference source have provided preliminary experimental validation elements of the calculated response matrix.
La caractérisation par mesure spectrale de l'environnement neutronique atmosphérique ambiant s'avère être spécifiquement primordiale dans le contexte de la problématique actuelle liée à l'évaluation des effets de radiations naturelles dans les matériaux semi-conducteurs. Ces " effets singuliers " identifiés sont susceptibles d'altérer le bon fonctionnement des technologies sur silicium fortement intégrées jusqu'au niveau du sol terrestre. Les travaux menés au cours de cette thèse de doctorat ont ainsi porté sur le développement d'un spectromètre de neutron, basé sur le principe du système généralisé des sphères de Bonner, de sensibilité adaptée à la mesure en environnement radiatif atmosphérique naturel et d'efficacité étendue de surcroît jusqu'au domaine des hautes énergies. Le développement du spectromètre s'est alors grandement appuyé sur la simulation numérique de type Monte Carlo au moyen du code de transport MCNPX. Une fois le système multi-détecteurs défini sur le support d'une modélisation détaillée, la matrice de réponse en fluence a été déterminée sur un large spectre en énergie, depuis les énergies thermiques jusqu'à plusieurs GeV. Une phase d'extension puis d'optimisation de la réponse aux neutrons d'énergies supérieures à la dizaine de MeV ont été menées pour aboutir à la configuration et au dimensionnement finals du système de spectrométrie, jusqu'à sa propre réalisation. Une phase de caractérisation, par simulations Monte Carlo, du spectromètre s'est ensuite consacrée à l'évaluation des possibles déviations et incertitudes associées aux réponses en fluence calculées. Une analyse de la sensibilité du spectromètre aux composantes radiatives atmosphériques chargées complète et finalise cette étude exhaustive de caractérisation. Des tests de mesures réalisés au moyen du spectromètre auprès d'une source 241Am-Be de référence ont apporté des éléments de validation expérimentale préliminaire de la matrice de réponse calculée.
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Dates et versions

tel-00630202 , version 1 (07-10-2011)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00630202 , version 1

Citer

Sébastien Serre. Définition par Modélisation, Optimisation et Caractérisation d'un Système de Spectrométrie de Neutron par Sphères de Bonner Etendu au Domaine des Hautes Energies. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université Paul Cézanne - Aix-Marseille III, 2010. Français. ⟨NNT : 2010AIX30042⟩. ⟨tel-00630202⟩
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