Optimisation de la détermination des rapports isotopiques entre actinides par FXL, TIMS, ICP-MS et spectrométrie alpha pour l’analyse de combustible irradié
L’analyse des combustibles irradiés offre une opportunité unique pour acquérir des données fondamentales et des données nucléaires de base. Leurs caractérisations peuvent être directes sur le solide (oxyde ou gaine) ou après une étape de mise en solution en cellule blindée. Les déterminations demandées sont essentiellement d’ordre isotopique sur les actinides et certains produits de fission. Les études neutroniques requièrent notamment la détermination la plus exacte possible des rapports isotopiques entre actinides, comme par exemple les rapports 236U/237Np, 238U/238Pu, 241Am/238Pu, 242Cm/238Pu, … Ces mesures sont essentiellement réalisées par dilution isotopique suivie d’une mesure par spectrométrie de masse à thermo-ionisation (TIMS). Afin de surmonter les défis liés aux fortes radioactivités des échantillons, l’absence de matériau de référence nécessaire pour mettre en œuvre la dilution isotopique (par exemple pour Np et Cm) et la nécessité de diminuer les incertitudes de mesure, ces expériences nécessitent l’analyse des rapports élémentaires entre actinides (U/Pu, Am/Pu, U/Np, Pu/Np, Cm/Pu, …). Cela permet grâce à la détermination préalable de l’abondance isotopique de pouvoir remonter aux différents rapports isotopiques entre actinides.
Afin de relever ces nouveaux défis, nous recherchons un Ingénieur-Chercheur en chimie analytique H/F. Vous devrez notamment :
- Mettre en œuvre des méthodes d’analyses par spectrométrie de masse et alpha ;
- Mettre en œuvre les mesures par fluorescence X des raies L (FXL), technique non destructive et directement implantée en chaine blindée sur l’installation Atalante ;
- Développer l'expertise du laboratoire sur l’analyse élémentaire des actinides sur du combustible irradié ;
- Assurer le rayonnement scientifique du laboratoire, en valorisant les résultats par la rédaction de publications et la participation aux conférences du domaine d’activité.
Vous êtes titulaire d'un BAC+8 en chimie analytique ou en physique chimiqu
Post-Doctoral Position in Rapid Sintering Techniques for Low-Temperature Protonic Ceramic Electrochemical Devices
Les cellules d'électrolyse à haute température permettent de produire de l’électricité et de générer de l'H2 avec des rendements élevés. Le verrou principal est la température de fonctionnement élevée, qui entraine de forts taux de dégradation. Les cellules protoniques (PCC) apparaissent comme une solution prometteuse pour diminuer la température de fonctionnement, avec des performances théoriques élevées entre 300-400 °C. Toutefois, l'instabilité du matériau d'électrolyte BaCeZrYYbO3-d BCZY(Yb) lors du frittage limite les performances du fait d'une augmentation de la résistance ohmique et de la résistance de polarisation de l'électrode H2, ce qui constitue un verrou pour le développement des PCC. Le projet vise à exploiter le frittage ultra-rapide (photonique FLA /Micro-ondes MWA) comme méthode alternative au frittage conventionnel. L’objectif est de démontrer qu'il permet de densifier des électrolytes protoniques performants à basse température (<450 °C) tout en limitant l’évaporation du Ba, la ségrégation aux joints de grains et l'agglomération du Ni, afin d’améliorer durablement les performances et le rendement faradique.
Caractérisation avancée de la stabilité des cellules photovoltaïques tandem sous illumination
La mission consiste à étudier les mécanismes de dégradation sous illumination des cellules solaires tandem silicium-pérovskite, tant au niveau des matériaux que des interfaces. Cette étude comprend un ensemble de caractérisations à réaliser avant et après vieillissement, notamment en photoluminescence résolue en temps, en efficacité quantique externe, ou encore en diffraction aux rayons X. Il est également prévu de faire réaliser des mesures complémentaires par nos partenaires projet, en choisissant conjointement les analyses appropriées pour affiner le diagnostic, par exemple en XPS, HAXPES, ToF-SIMS, TLM, KPFM ou GDOES. A partir d’un modèle existant, un travail de simulation sera réalisé afin d’étudier les phénomènes dynamiques en lien avec la durée de vie de ces cellules solaires.
Les travaux comportent des mesures physiques, de la simulation de semi-conducteurs, de l’algorithmique, de l’imagerie et de la programmation Python. Ils s’appuient sur une étude bibliographique et sur la prise en main expérimentale des outils de caractérisation.
La mission se déroule à l’Institut National de l’Energie Solaire (INES), au Bourget du Lac (73), à proximité de Chambéry. Les travaux seront réalisés dans le cadre d’un projet financé notamment par l’agence nationale de la recherche (ANR) avec plusieurs partenaires à l’échelle nationale.
Développement et validation d'un solveur pour les équations du bruit neutronique
Aucune technique opérationnelle ne permet aujourd’hui de mesurer en continu la réactivité de systèmes nucléaires, c’est-à-dire leur distance à la criticité, en régime à faible puissance, c’est-à-dire leur distance à la criticité. Ce problème revêt un intérêt majeur par exemple pour les réacteurs de puissance en phase de chargement du combustible. Dans ces systèmes sous-critiques pilotés par des sources faibles, le signal moyen des détecteurs est peu informatif ; en revanche, les fluctuations temporelles du signal neutronique — le bruit neutronique stochastique, hérité de l’aléa fondamental du nombre de neutrons émis par fission — portent une information directe et quantitative sur la multiplication. Ce travail, réalisé dans le cadre du projet SENTINELLE proposé par le CEA, vise à développer un solveur déterministe sur GPU des équations des moments (moyenne et corrélations) de la population neutronique, permettant de calculer rapidement les observables de bruit (Feynman-a, Rossi-a, multiplicités locales). Le solveur sera ensuite validé sur la base de données expérimentales issues du projet SENTINELLE.
Simulation par la méthode du Phase Field Crystal des mécanismes de ségrégation induite par irradiation aux joints de grains : application aux alliages modèles Fe-Cr
L'objectif principal de ce post-doctorat est de développer, calibrer et appliquer un modèle PFC (champ de phase cristallin) capable de simuler la ségrégation induite par irradiation aux joints de grains dans les alliages modèles Fe-Cr, alliages représentatifs des aciers ferritiques-martensitiques. Les travaux viseront notamment à reproduire la structure atomique des joints de grains et à étudier l'influence de leur orientation cristallographique sur les phénomènes de ségrégation.
Le projet permettra également d'évaluer la pertinence de cette approche comme alternative aux modèles actuels de type champ moyen utilisés pour décrire la SII. Une attention particulière sera portée à la comparaison des propriétés des défauts ponctuels (énergies de formation et de migration des lacunes et des interstitiels) obtenues par la méthode PFC avec celles issues de simulations en dynamique moléculaire (DM).
Nouvelle architecture de pile à combustible (PEMFC) pour le transport lourd décarboné
Ce post-doctorat vise à développer une nouvelle architecture de pile à combustible PEMFC pour décarboner le transport lourd (camions, maritime, ferroviaire, aéronautique). Les PEMFC actuelles nécessitent une hydratation externe pour maintenir leur performance, car leur membrane polymère exige une humidité proche de 100 %. Au-delà de 80 °C, cette gestion de l’eau, en particulier maintenir une hydratation suffisante, devient difficile, limitant leur température de fonctionnement et imposant des systèmes de refroidissement encombrants.
Le CEA a breveté une architecture innovante doublant les entrées/sorties de fluides, permettant un contrôle indépendant des cellules par paires (bicellules). En inversant les gradients thermiques entre anode et cathode, cette approche optimise la circulation interne de l’eau, maximisant son accumulation et réduisant le besoin d’humidificateurs externes. L’objectif est de valider cette architecture via une bicellule instrumentée, opérationnelle d’ici 1 à 2 ans, combinant modélisation, tests expérimentaux et optimisation des paramètres (débits, humidité, pression, gradients thermiques).
Ce projet pourrait aboutir à une nouvelle génération de PEMFC haute température (> 80 °C) sans humidificateur, simplifiant leur intégration dans les applications industrielles. Les résultats pourraient faire l’objet de publications et de brevets.
Tomographie rayon X - neutrons de l’évaporation dans un matériau poreux produit par fabrication additive pour des applications dans les caloducs
L’amélioration de l’efficacité énergétique des systèmes de refroidissement électronique est cruciale dans de nombreux secteurs. Ainsi, le CEA développe une nouvelle technologie de caloduc basée sur l’intégration d’un réseau poreux réalisé par fabrication additive métallique de type fusion laser sur lit de poudre. Ce travail est mené en collaboration entre deux laboratoires du CEA Grenoble, qui vous aideront à développer un banc expérimental dédié à l’imagerie couplée rayons X / neutrons pour caractériser les mécanismes de formation de poche de vapeur dans un poreux imprégné d’un fluide, au contact d’une source chaude. Cette méthode avancée de caractérisation vous permettra de mieux comprendre les phénomènes physiques en jeu et de proposer de nouvelles architectures poreuses pour augmenter les densités de puissance thermique dissipés. Il s’agira donc de prendre en charge les développements expérimentaux, mener les campagnes d’essais sur une ligne de lumière à l’Institut Laue Langevin (ou instrument équivalent à l’étranger) et analyser les résultats.
Post-doctorant·e en chimie séparative – Séparation Actinium/Terres Rares (H/F)
Nous recrutons un·e post-doctorant·e en chimie séparative, expert·e en extraction par solvant (SX), pour un projet de R&D sur la séparation Actinium/Terres Rares. L’Actinium, élément radioactif présent à l’état de traces dans les minerais de terres rares, doit être séparé pour des raisons industrielles et réglementaires. Le projet, mené dans l’installation sécurisée ATALANTE, vise à développer des procédés innovants de séparation, en s’appuyant sur la bibliographie et les propriétés chimiques de l’actinium et des lanthanides.
Le·a candidat·e concevra et réalisera des essais expérimentaux (extractants, conditions opératoires, équilibres de distribution, cinétiques), analysera les résultats (facteurs de séparation, sélectivité) et utilisera des techniques spectroscopiques pour comprendre les mécanismes. Une expérience en chimie de séparation, hydrométallurgie ou extraction liquide-liquide, idéalement en milieu nucléaire, est requise, ainsi qu’une capacité à travailler en laboratoire radiochimique et à valoriser les résultats (brevets, publications).
Protocoles d'extraction pour l'analyse de composés organiques par GC-Orbitrap appliquée à des matrices du nucléaire
L'analyse des polluants organiques polychlorobiphényles (PCB),hydrocarbures aromatiques polycycliques et autres composés organiques persitants repose sur la chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS), technique de référence pour leur identification et leur quantification. Cependant, les matrices complexes issues du secteur nucléaire (boues, suies, cendres, sols, bétons, etc.) nécessitent des protocoles de préparation adaptés afin de garantir la fiabilité des analyses. Les interactions entre les contaminants et la matrice solide peuvent notamment limiter l'efficacité de l'extraction.
Ce projet a pour objectif de développer et de valider des protocoles d'extraction robustes pour l'analyse de ces contaminants par GC-Orbitrap haute résolution. Après une étude bibliographique, le candidat définira une stratégie expérimentale, comparera différentes méthodes de préparation d'échantillons et d'extraction, puis validera les protocoles retenus avant leur application à des matrices représentatives du domaine nucléaire.
Le postdoctorat se déroulera au sein de l'Institut de Recherche sur les Systèmes Nucléaires pour la production d'Énergie bas carbone (IRESNE) du CEA Cadarache. Ce stage permettra au candidat d'acquérir une expertise en chimie analytique appliquée aux matrices complexes, en développant des compétences en préparation d'échantillons, extraction de contaminants organiques et analyses par GC-Orbitrap. Il sera amené à concevoir et valider des protocoles analytiques innovants, tout en se familiarisant avec les problématiques spécifiques des matrices issues du secteur nucléaire. Le candidat développera également des compétences en traitement et interprétation de données analytiques, en validation de méthodes, ainsi qu'en valorisation scientifique des résultats au travers de la rédaction de publications et de communications scientifiques.
Etude exploratoire des capacités de production d’actinium 225 dans les réacteurs de recherche et les accélérateurs de particules
L’objectif de ce postdoctorat est d’examiner les différentes voies de production du radioisotope médical 225Ac à partir de l’irradiation de 226Ra dans un réacteur d’irradiation technologique comme le Réacteur Jules Horowitz ou bien dans un accélérateur de particules de type cyclotron ou rhodotron. L’étude vise à déterminer les meilleures conditions (en termes de particule incidente, énergie et cible) de production d’225Ac et les rendements de production correspondant, ainsi que la quantité de contaminants produits.
La première partie du travail sera consacrée à la modélisation des caractéristiques d’irradiation dans les réacteurs de recherche et dans les accélérateurs de particules. Cette partie se fera au Département d’Etude des Réacteurs à l’institut IRESNE du CEA Cadarache. Les modélisations seront réalisées à l’aide de simulations Monte-Carlo utilisant les codes de transport des particules TRIPOLI4® développé par le CEA, et GEANT4 développé par le CERN, ou PHITS développé par la JAEA.
La deuxième partie du travail sera réalisée en étroite collaboration avec plusieurs laboratoires du CEA qui seront susceptibles d’accueillir le post-doctorant au moins ponctuellement afin de l’accompagner dans les étapes suivantes du projet.
L’installation CHICADE de Cadarache en ce qui concerne la conception des cibles : Il s’agira d’identifier les moyens / étapes de fabrication des cibles par électrodéposition à partir du stock de matière contenant le 226Ra.
Les unités spécialisées (DRMP) dans les aspects thermomécaniques des cibles : Il s’agira de réaliser une étude de faisabilité d’irradiation aux ions d’une cible modèle (dans une installation comme JANNuS-Saclay ou GANIL par exemple), avec pour objectif d’évaluer le comportement macroscopique de la cible sous irradiation.
Le laboratoire de radiochimie (installation ATALANTE à Marcoule) pour ce qui concerne les aspects développement et optimisation des processus de séparation chimique.