Doctorant en physique nucléaire, instrumentation et radioprotection (H/F)

Informations générales

Intitulé de l'offre : Doctorant en physique nucléaire, instrumentation et radioprotection (H / F)

Référence : UMR7178-REGSOM-190

Nombre de Postes : 1

Lieu de travail : STRASBOURG

Date de publication : lundi 13 mai 2024

Type de contrat : CDD Doctorant / Contrat doctoral

Durée du contrat : 36 mois

Date de début de la thèse : 1 octobre 2024

Quotité de travail : Temps complet

Rémunération : La rémunération est d'un minimum de 2135,00 € mensuel

Section(s) CN : Interactions, particules, noyaux du laboratoire au cosmos

Description du sujet de thèse

Les neutrons sont parmi les principaux rayonnements secondaires produits auprès des accélérateurs de particules, aussi bien par réactions nucléaires inélastiques (protons, ions) que par réactions photo-nucléaires (γ,n).

Les neutrons posent ainsi d’importants problèmes de radioprotection, en particulier auprès des cyclotrons utilisés pour la recherche fondamentale ou les applications médicales (production de radionucléides, hadronthérapie), ainsi qu’auprès des accélérateurs linéaires d’électrons permettant la production de rayons X de haute-énergie pour les applications industrielles (stérilisation, polymérisation) et médicales (radiothérapie).

Les principaux risques portent à la fois sur la dose de rayonnement reçue par les personnes exposées aux neutrons et sur l’activation des pièces d’accélérateurs.

Quel que soit le domaine d’application (recherche, santé, industrie), la réduction des risques et l’optimisation des processus passent ainsi par une meilleure connaissance des champs neutroniques produits par le fonctionnement des accélérateurs de particules.

La caractérisation spatio-temporelle des neutrons secondaires produits durant les irradiations reste cependant encore aujourd’hui très difficile à mettre en place de manière systématique, tant à cause de la complexité inhérente à la détection des neutrons qu’à cause de l’environnement extrême (champ mixte de particules ionisantes à très hauts flux) dans lequel les systèmes de mesure doivent opérer.

Les méthodes de référence actuelles (témoins d’activation, détecteurs solides de traces nucléaires) présentent des coûts économique et humain qui limitent fortement la quantité et la qualité des données disponibles, pourtant indispensables à une meilleure gestion des risques dus aux neutrons.

Dans ce contexte, le sujet de thèse proposé porte sur le développement d’un système autonome de cartographie 4D (3D + temps-réel) des champs neutroniques, dédié à la radioprotection des accélérateurs de particules et aux applications associées.

Ce système, basé sur la technologie CMOS (Complementary Metal-Oxyde Semiconductor), a été pensé comme un réseau de capteurs autonomes connectés, stratégiquement positionnés dans la salle d’irradiation pour permettre une mesure en temps-réel des distributions spatiales et énergétiques des flux neutroniques.

Le contrôle en ligne de la production de neutrons pendant les irradiations doit permettre, en association avec l’utilisation de codes de modélisation numérique Monte Carlo et de méthodes d’apprentissage automatique, le calcul de grandeurs d’intérêts pour la radioprotection comme la dose d’exposition des patients (hadronthérapie) ou l’activité radioactive produite (radioprotection des installations).

Après une première phase instrumentale portant sur la caractérisation de la réponse du capteur aux différents types de rayonnements, et sur sa modélisation Monte Carlo (Geant4 / GATE), le / la doctorant(e) travaillera sur les possibilités d’exploitation du système de cartographie 4D pour :

• le contrôle en ligne des flux neutroniques produits durant le fonctionnement des cyclotrons (recherche-industrie), dans le but de permettre un calcul plus fiable de l’activation neutronique et de l’inventaire radiologique.
• la mesure des neutrons secondaires produits par la ligne d’irradiation et / ou le patient durant un traitement en hadronthérapie, dans le but de permettre un calcul plus fiable de la dose neutron délivrée dans et hors de la tumeur.

Des collaborations déjà établies permettront de tester le système en conditions réelles (nombre de capteurs, positions, fréquence d’acquisition des données, ) auprès de différentes installations.

Au niveau de l’analyse des données de mesure, le / la doctorant(e) travaillera sur l’utilisation de techniques d’apprentissage automatique (réseau de neurones) pour la reconstruction de grandeurs d’intérêt en radioprotection (carte de dose, inventaire d’activation, .

Ces algorithmes seront finalement intégrés directement dans l’électronique du système de mesure, renforçant encore plus son autonomie afin de faciliter son exploitation future dans les installations et les centres de traitement.

Contexte de travail

L'Institut Pluridisciplinaire Hubert CURIEN (IPHC), unité mixte de recherche sous cotutelle du CNRS et de l'Université de Strasbourg (UMR7178), est un laboratoire pluridisciplinaire où des équipes de recherche de cultures scientifiques différentes (écologie, physiologie et éthologie, chimie et physique subatomique) développent des programmes de très haut niveau avec pour socle l'instrumentation scientifique.

L'IPHC est structuré en 3 départements et comptabilise un effectif total de 393 agents (H / F) dont 257 agents permanents (soit 119 chercheurs et enseignants-chercheurs et 138 ingénieurs et techniciens H / F), 46 agents en CDD et 102 doctorants H / F.

Le doctorant ou la doctorante sera sous la supervision de Nicolas Arbor (équipe DeSIs : Dosimétrie Simulation Instrumentation IPHC).

La thèse sera réalisée en étroite collaboration avec Jean-Michel Horodynski de l’iRSD (ingénierie Radioprotection Sûreté Démantèlement).

Informations complémentaires

Merci de fournir un relevé des notes des deux années de master, un CV détaillé et une lettre de motivation.