Aujourd’hui les réacteurs d’irradiations technologiques (MTR) ont un rôle de premier plan pour l’industrie du nucléaire. Dans les réacteurs d’irradiation les niveaux de flux neutroniques et photoniques sont très importants. Un des besoins cruciaux des mesures en MTR est la mise en œuvre d’un dispositif de détection de rayonnement, précis, sélectif, fiable et robuste dans les conditions extrêmes de flux neutroniques et photoniques, et de températures élevées. Les semi-conducteurs à grande bande d’énergie interdite tels que le carbure de silicium (SiC) le diamant et le nitrure de gallium (GaN) possèdent des propriétés remarquables en termes de tenue en température et de résistance aux radiations. Cette thèse a pour principal objectif la comparaison des performances des détecteurs de neutrons dont les parties sensibles sont faites de carbure de silicium (SiC) avec celles des détecteurs basés sur le diamant pour la mesure de neutrons en conditions d’irradiation identiques. Pour cela nous avons réalisé les essais d’irradiation dans le réacteur de recherche de type maquette critique MINERVE au CEA Cadarache. Nous avons également testé les capteurs pour la détection des neutrons rapides de 14 MeV afin d’investiguer la future possibilité de mesurer en ligne des flux de neutrons rapides notamment pour les besoins de la fusion nucléaire (projet ITER). L’ensemble de ces travaux contribue à l’amélioration de la fonctionnalité du détecteur de neutrons en SiC, qui peut être augmentée en intégrant le détecteur à une électronique adaptée et aux outils spécifiques pour l’analyse du signal développés dans le cadre de cette thèse. / Nowadays, the material testing reactors (MTR) are playing a crucial role for nuclear industry. The research reactors allow carrying out the research on material damage and nuclear fuel advanced studies. Harsh radiation environment near the nuclear reactor core requires the radiation detectors to be resistant to high radiation level and high temperature. Neutron radiation detector for nuclear reactor applications plays an important role in getting information about the actual neutron flux. Most suitable semiconductors for harsh environment applications are SiC and diamond thanks to their outstanding properties. The aim of this thesis is to compare the ability of these two semi-conductors to detect neutrons. For this purpose, the neutron irradiation tests of detectors were implemented at MINERVE nuclear research reactor at CEA Cadarache. In this work we also studied the response of both materials to 14 MeV neutron beam with the prospect for future applications for fusion facilities. This work helps to improve the SiC-based detector characterization. The functionality of this detector could be enhanced by integrating it with appropriate radiation resistant electronics and tools for the signal analysis which was developed in the frame of this thesis

Les détecteurs de radiations nucléaires sont des outils importants dans de nombreux domaines tels que dans les réacteurs nucléaires, la sécurité nationale, mais ils sont également primordiaux dans des applications médicales. Les progrès récents dans la technologie des semi-conducteurs permettent la réalisation de détecteurs très efficaces et quasi-insonores qui permettent la détection de différents types de radiations nucléaires. Le carbure de silicium (SiC) est une bande semi-conductrice large, grâce à sa conductivité thermique élevée et à une résistance élevée aux rayonnements, il est adapté pour les environnements difficiles où peuvent exister des flux élevés de température et de rayonnement. Le but du projet européen (I_SMART) est ainsi de prouver la fiabilité de nouvelles méthodes de réalisation de détecteurs de radiations nucléaires et d'étudier leur performance dans différents types d'irradiation (neutrons rapides et thermiques) et à différentes températures. Différentes méthodes ont été utilisées pour réaliser les détecteurs de rayonnement SiC. Par exemple l'implantation d'ions de bore a été utilisé pour créer la couche de conversion de neutrons soit dans le contact métallique ou directement en SiC. Les détecteurs fabriqués ont été testés dans le réacteur nucléaire BR1, mettant en lumière la présence de neutrons thermiques. En outre, ces détecteurs détectent des neutrons rapides sous n’importe quelle température. En outre, les détecteurs utilisés montrent leur stabilité sous différents flux de neutrons qui indiquent la fiabilité de ces nouveaux modes de réalisation de détecteurs de rayonnement qui pourraient remplacer ceux utilisés actuellement. / Nuclear radiation detectors are important tools in many fields such as in nuclear reactors, homeland security and medical applications. Recent advances in semiconductor technology allow construction of highly efficient low noise detectors for different nuclear radiations. Silicon carbide (SiC) is a wide band gap semiconductor with a high thermal conductivity and high radiation resistance. It is suitable for a harsh environment where high temperatures and radiation fluxes may exist. In the framework of the European project (I_SMART) the purpose of this work is to demonstrate the reliability of new methods of realizing nuclear radiation detectors and to study their performance under different types of irradiation (fast and thermal neutrons) and at elevated temperatures. Different methods have been used to realize SiC based-radiation detectors. For instance boron ion implantation has been used to create the neutron converter layer either in the metallic contact or directly in the SiC. The fabricated detectors have been tested in the BR1 nuclear reactor revealing the thermal neutron detection and the feasibility of gamma discrimination from thermal neutrons using one single detector. Such detectors are sensitive to fast neutrons with a stable response under elevated temperatures (up to 150 °C). Furthermore, the studied detectors show stability under different neutron fluxes, indicating a reliability of such new methods of realizing radiation detectors which could replace those of the current state of the art.

Ce mémoire de maîtrise présente différents détecteurs de la matrice HERACLES et les tests qui furent effectués afin de l'adapter aux nouvelles conditions expérimentales imposées au centre de recherche TRIUMF. Depuis sa création, l'ensemble de détecteurs qui composent aujourd'hui la matrice HERACLES a subi plusieurs modifications et devra en subir encore afin d'être à la fine pointe de la recherche moderne. Cet ouvrage est divisé en trois chapitres distincts. Chaque chapitre traite d'une catégorie de détecteurs et des diverses recherches associées. Le premier chapitre traite des détecteurs à neutrons et des corrections à effectuer afin d'améliorer l'efficacité de détection. Le second aborde les modifications sur les détecteurs composés de scintillateurs CsI(Tl). Finalement, le troisième et dernier chapitre porte sur un type de photomultiplicateur à position qui est envisagé dans la composition de la matrice. Ce travail présente une combinaison de simulations effectuées grâce au logiciel GEANT4 et d'expériences en laboratoire. Les résultats des simulations furent utilisés pour obtenir des corrections à des données d'une expérience et à connaître les meilleures corrections potentielles à tester pour les différents détecteurs.

L'objectif principal de l'expérience d'HERACLES 2001 est d'évaluer la vitesse, la multiplicité et les températures apparentes des différentes sources d'émissions et ainsi d'étudier l'influence de l'asymétrie de masse et d'isospin projectile-cible sur les caractéristiques de la source de mi-rapidité. Une méthode dans la caractérisation des sources d'émission est via la paramétrisation multisource des spectres énergétiques des neutrons. La méthode de gestion de fond Monte Carlo a été créée dans le but du soustraire le contribution statistique des neutrons provenant du fond ambiant. L'émission des neutrons provenant des systèmes ⁷⁸Kr+¹⁸¹Ta à 40 AMeV, ³⁶Ar+¹⁸¹Ta à 35 et 50 AMeV, et ³⁶Ar+⁵⁸Ni à 35 et 50 AMeV est étudié. La paramétrisation multisource montre que la multiplicité des neutrons émis par la quasi-cible et à la mi-rapidité varie selon la symétrie du système original. L'évaluation de cette multiplicité de neutrons à la mi-rapidité montre une valeur plus élevée pour les systèmes symétriques, par rapport à la valeur évaluée à la quasi-cible. L'étude exhaustive de l'émission des fragments légers permet de voir une émission plus prononcée de tritons et d'hélium-4 émis à la mi-rapidité pour les systèmes présentant une asymétrie N/Z.