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1 - CONTEXTE

2 - TECHNIQUE DE LA PARTICULE ASSOCIÉE

3 - APPLICATIONS

4 - PERSPECTIVES ET ÉVOLUTIONS

5 - GLOSSAIRE – DÉFINITIONS

Article de référence | Réf : RE177 v1

Perspectives et évolutions
Détection neutronique de matières illicites avec la technique de la particule associée

Auteur(s) : Bertrand PEROT, Guillaume SANNIE

Date de publication : 10 févr. 2015

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RÉSUMÉ

La technique de la particule associée est une méthode d'interrogation avec des neutrons rapides de 14 MeV permettant une caractérisation élémentaire de matériaux potentiellement massifs et offrant une information sur la localisation spatiale des éléments interrogés. Cela en fait une technique complémentaire de second niveau, suite à l'imagerie X utilisée couramment comme contrôle de premier niveau pour la détection des menaces terroristes dans les bagages et conteneurs de transport. Cet article illustre la capacité de cette technique à identifier des explosifs, drogues, agents chimiques ou matières nucléaires à différents stades de la chaîne de sécurité (lieux publics, ports, frontières...).

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ABSTRACT

The Associated Particle Technique (APT) is a fast neutron interrogation method allowing elemental characterization of bulk materials in 3D. It can be used as a second-level inspection complementary to X-ray imaging, which is used as first level inspection to detect a suspicious item in luggage or a container, to confirm and identify the nature of a threat. APT can thus detect explosives, illicit drugs, chemical agents and nuclear materials at different points in the security chain (public areas, seaports, borders, etc.).

Auteur(s)

  • Bertrand PEROT : Docteur-ingénieur en physique - Expert international CEA en mesures nucléaires - CEA, DEN, Cadarache, laboratoire de mesures nucléaires, France

  • Guillaume SANNIE : Ingénieur CEA, coordinateur de projets européens - CEA, DRT, LIST, Saclay, laboratoire capteurs et architectures électroniques, France

INTRODUCTION

Points clés

Domaine : Mesures nucléaires

Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité

Technologies impliquées : Interrogation neutronique, spectrométrie gamma, coïncidences neutroniques

Domaines d'application : principalement la détection des matières illicites (explosifs, drogues, toxiques chimiques, matières nucléaires), potentiellement l'industrie nucléaire (caractérisation des déchets radioactifs, démantèlement, contrôle de procédé)

Principaux acteurs français :

Pôles de compétitivité : Risques

Centres de compétence : CEA DEN Cadarache, laboratoire de mesures nucléaires ; CEALIST Saclay, laboratoire capteurs et architectures électroniques ; CEA DAM DIF, laboratoire mesures et traitements nucléaires ; CEA DAM DSNP, direction sécurité et non-prolifération ;

Industriels : SODERN

Contact : [email protected]

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-re177


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4. Perspectives et évolutions

Les applications de la technique de la particule associée (TPA) étudiées par le CEA et ses partenaires dans le domaine de la sécurité ont démontré que cette méthode d'interrogation neutronique avec des neutrons rapides de 14 MeV peut répondre à des problématiques diverses de caractérisation élémentaire de matériaux avec une capacité de localisation spatiale qui la rend très complémentaire de l'imagerie photonique. Elle apporte notamment une information sur la profondeur des objets interrogés, via la mesure du temps de vol neutronique, qui complète utilement les radiographies obtenues grâce aux scanners à rayons X pour l'inspection des objets de grand volume, comme les conteneurs de transport maritime.

En termes de performances, on retiendra qu'elle permet de caractériser en quelques minutes les proportions relatives des éléments majoritaires de la matière interrogée dans des volumes dont la taille minimale, à proximité de la source de neutrons, est de l'ordre du litre. Ce volume augmente avec la distance en raison de la géométrie conique du faisceau interrogateur et de la diffusion neutronique dans le milieu interrogé. Pour qu'un élément soit détectable, il faut qu'il représente au moins quelques pour-cent de la totalité des éléments en présence, en termes de fraction atomique. Tous les éléments sont a priori mesurables, avec une sensibilité qui dépend des sections efficaces (probabilités) de production de raies gamma caractéristiques, sauf l'hydrogène sur lequel les neutrons rapides n'induisent pas d'émission de rayonnement gamma. Au besoin, d'autres techniques d'activation neutronique, basées sur l'interrogation avec des neutrons thermiques (~ 25 meV), permettent de mesurer cet élément, ainsi que de faibles quantités d'absorbants neutroniques comme le bore, le chlore, le cadmium ou le mercure, mais elles n'offrent, ni la sélectivité spatiale, ni le pouvoir de pénétration de la TPA.

La TPA peut être implémentée de façon plus ou moins compacte selon le concept d'emploi. On peut ainsi réaliser des dispositifs d'intervention portables ou embarqués dans un robot télé-opéré, des systèmes transportables dans un véhicule utilitaire, des portiques d'inspection fixes ou de préférence repositionnables. Pour les systèmes portables et mobiles, la sécurité radiologique peut être assurée par une simple zone d'exclusion de l'ordre d'une vingtaine de mètres autour du générateur...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - GIERLICK (M.) et al -   Comparative study of large NaI(Tl) and BGO scintillators for the EURopean Illicit TRAfficking Countermeasures Kit project.  -  IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 53, no 3, p. 1737 (2006).

  • (2) - ELEON (C.) et al -   Experimental and MCNP simulated gamma-ray spectra for the UNCOSS neutron-based explosive detector.  -  Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 629, p. 220-229 (2011).

  • (3) - EL KANAWATI (W.) -   Caractérisation élémentaire par interrogation neutronique avec la technique de la particule associée.  -  Thèse de doctorat en physique de l'université Joseph Fourier de Grenoble, France (2011) http://www.theses.fr/2011GRENY024

  • (4) - PEROT (B.), CARASCO (C.) -   Procédé de détection de matière nucléaire par interrogation neutronique et système de détection associé.  -  Demande de brevet d'invention déposée le 10 janv. 2011, brevet d'invention FR 2970339 (B1) 8 fév. 2013.

  • (5) - DEYGLUN (C.) et al -   Passive and active correlation...

1 Sites Internet

Site des projets européens EURITRACK (6e PCRD) et Eritr@C (Dir. Gen. Justice Liberty Security) http://www.euritrack.org

Site du projet européen UNCOSS (7e PCRD) http://www.uncoss-project.org

Références bibliographiques des auteurs concernant notamment la technique de la particule associée et ses applications http://scholar.google.com/citations?user=35ti5nIAAAAJ&hl=en

(rechercher Bertrand Perot sur Google Scholar)

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2 Brevets

CARASCO (C.), PEROT (B.). – Procédé de détection non intrusive d'élément chimique. Demande de brevet d'invention déposée le 15 déc. 2008, brevet d'invention FR 2939895 (B1) publié le 14 janv. 2011.

PEROT (B.), CARASCO (C.). – Procédé de détection de matière nucléaire par interrogation neutronique et système de détection associé. Demande de brevet d'invention déposée le 10 janv. 2011, brevet d'invention FR 2970339 (B1) publié le 8 févr. 2013.

AUPETIT (M.) LESPINATS (S.). – Méthode pour évaluer la ressemblance d'un objet requête à des objets de référence. Demande de brevet d'invention FR 2951839 (A1) déposée le 23 oct. 2009.

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