Transitions par interaction faible en métrologie des rayonnements ionisants: de la physique fondamentale aux applications

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Transitions par interaction faible en métrologie des rayonnements ionisants: de la physique fondamentale aux applications

Directeur de thèse: Nourreddine, Abdel-Mjid
Numéro de rapport: CEA-R--6539 ; FRCEA-TH--11798
Description physique: 177 p.
Type de document: Thèse ; HDR CEA

Résumé: Une connaissance précise des désintégrations par interaction faible, transitions bêta et captures électroniques, est indispensable dans de nombreux domaines scientifiques, des plus fondamentaux aux plus applicatifs : tests du Modèle Standard, détection de la matière noire et du neutrino stérile, métrologie des rayonnements ionisants, caractérisation des détecteurs, médecine nucléaire, puissance résispectrométrie bêtaduelle et surveillance en temps réel des réacteurs nucléaires, ou encore gestion du combustible après irradiation. La question de la qualité, de la précision et de la complétude des données nucléaires est devenue un enjeu important dans ces différents domaines. Ces dix dernières années, le Laboratoire National Henri Becquerel s’est impliqué dans cette thématique, fort de son expertise en métrologie de la radioactivité et en évaluation de données atomiques et nucléaires. Les experts en cryogénie du laboratoire ont développé une nouvelle technique de mesure par calorimétrie et l’ont appliquée avec succès à la spectrométrie bêta. Un système de détection dédié, utilisant des détecteurs silicium, a été élaboré conjointement à une technique de préparation spécifique de source radioactive et à un processus de déconvolution spectrale. En parallèle, une étude théorique a été menée pour améliorer les prédictions, menant notamment à la création du code de calcul BetaShape. Cette étude a permis d’améliorer et de compléter les données nucléaires évaluées. Les résultats obtenus placent le Laboratoire National Henri Becquerel au meilleur niveau mondial sur cette thématique. L’expertise acquise permet d’envisager une contribution significative à des sujets de physique fondamentale qui seront très structurants dans les années à venir.
Abstract: An accurate knowledge of the decays by weak interaction, beta transitions and electron captures, is essential in many scientific fields, from the most fundamental to the most applicative ones: Standard Model tests, dark matter and sterile neutrino detection, ionizing radiation metrology, detector characterization, nuclear medicine, residual power and real-time monitoring of nuclear reactors, or fuel management after irradiation. The question of the quality, the accuracy and the completeness of the nuclear data has become an important issue in these various fields. Over the past ten years, the Laboratoire National Henri Becquerel has been involved in this topic, drawing on its expertise in radionuclide metrology and in evaluation of atomic and nuclear decay data. Cryogenic experts of the laboratory developed a new calorimetric measurement technique, which has been successfully applied to beta spectrometry. A dedicated detection system, using silicon detectors, has been developed in conjunction with a specific radioactive source preparation technique and a spectral unfolding process. In parallel, a theoretical study has been conducted to improve predictions, leading in particular to the creation of the BetaShape calculation code. This study has improved and supplemented the evaluated nuclear decay data. The results obtained put the Laboratoire National Henri Becquerel at the global best level on this topic. The acquired expertise could make possible a significant contribution to some research subjects that will address fundamental issues in the forthcoming years.

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