Mesure de précision du spectre des neutrons prompts dans la fission spontanée du 252Cf
Le spectre des neutrons prompts dans la fission spontanée du 252Cf est une donnée neutron de référence utilisée comme une source avec un flux neutron bien connu pour des mesures de sections efficace et de caractérisation de détecteur. L’évaluation actuelle du spectre date des travaux de Mannhart en 1988. Avec l’amélioration des systèmes de détection, les incertitudes sur le spectre évalué ont un impact de plus en plus significatif sur les incertitudes des nouvelles mesures de données nucléaires l’utilisant comme référence. Ainsi, améliorer la connaissance du spectre des neutrons prompts de fission (PFNS) du 252Cf(sf) et diminuer ses incertitudes aurait un impact très large sur la communauté des données nucléaires. Cette thèse a pour but de mesurer le PFNS du 252Cf(sf) avec un focus sur la région en-dessous de 1 MeV et la région au-dessus de 8 MeV, où les incertitudes sont les plus grandes, en utilisant un détecteur à protons de recul. La personne choisie participera activement à la conception et à la construction du dispositif expérimental, avec la prise en charge les choix technologiques à partir de simulations, participera à l’expérience et fera l’analyse des données. Elle devra aussi présenter ses travaux dans des conférences internationales et des articles à comité de lecture.
Mesure de diffusion élastique et inélastique des neutrons sur le 9Be avec VENDETA
Le 9Be joue un rôle central dans les technologies de fusion et dans les MTR (Material Testing Reactor) en tant que modérateur et source de neutrons. Cependant les données nucléaires existantes pour la diffusion des neutrons sur le 9Be montrent des incertitudes significatives, particulièrement entre 1.5 et 15 MeV d'énergie des neutron incidents. Une mesure de la diffusion neutron élastique et inélastique sur le 9Be a été proposée et acceptée sur l'installation NFS (Neutron For Science) au GANIL dans le but de produire des données de précision pour améliorer les modèles de réactions nucléaires et les librairies de données nucléaires évaluées, une expérience a été proposée et acceptée sur l'installation NFS (Neutron For Science) au GANIL. Les neutrons seront mesurés avec l'ensemble de détection récemment développé VENDETA (VErsatile Neutron DETector Array), formé de scintillateurs liquides avec une haute résolution en temps pour la mesure du temps de vol des neutrons et combinant une excellente discrimination neutron/gamma et une efficacité de détection des neutrons jusqu'à des énergies cinétiques de 100 keV. Des faisceaux de neutrons quasi-monoénergétiques produits à NFS par des réactions p+7Li permettront une étude systématique des observables de diffusion en fonction de l'énergie des neutrons incidents.
La personne choisie sera en charge de l'analyse pour extraire des sections efficaces angulaires différentielles pour les voies élastique et inélastiques en fonction de l'énergie des neutrons incidents. Les données seront utilisées par les modèles de réaction permettant d'établir les librairies de données nucléaires, avec un impact attendu sur les applications de l'énergie nucléaire et la conception de protections contre les radiations. De plus, leur interprétation en termes de largeur de décroissances partielles vers les voies élastique et inélastiques pourra améliorer notre compréhension des liens entre les structures nucléaires du 9Be et du 10Be.
Propriétés thermodynamiques et de transport d’alliages Fe- Ni dans le régime Warm Dense Matter
La Warm Dense Matter (WDM) se retrouve à la frontière de la physique de la matière condensée et de la
physique des plasmas. En particulier, elle se caractérise par des températures comparables à celles du
niveau de Fermi (1000 à 10 000 K) et pour des masses volumiques relevant de celles du solide. Dans ce
régime de la matière, la bonne connaissance du diagramme de phase et des propriétés de transport, telle
la conductivité électrique, est cruciale afin de pouvoir aussi bien modéliser les magnétosphères de planètes
rocheuses, les instabilités hydrodynamiques rencontrées lors des expériences de fusion par confinement
inertiel ou encore lors des impacts géants, tels que celui qui aurait formé la Lune à partir de la collision entre
la Terre et Théia.
Le Laboratoire Matière en Conditions Extrêmes du CEA DAM Île-de-France dispose depuis plusieurs années
d’une installation expérimentale (Enceinte à Plasma Pulsé - EPP), dédiée à l’étude de la WDM. À partir de
décharges pulsées de très forts courants (20-500 kA), cette installation expérimentale permet de sonder les
changements de propriétés thermodynamiques et de transport de la matière depuis l’état solide jusqu’à
l’état plasma sur des durées de l’ordre de la centaine de nanosecondes. Très récemment, ces expériences
ont pu être réalisées sur une source synchrotron X afin de pouvoir évaluer la densité d’états électroniques
des plasmas rencontrés dans les expériences EPP.
L’objectif de cette thèse consistera à étudier les propriétés thermodynamiques et de transport d’un alliage
binaire fer-nickel dans un domaine pression-température associé aux impacts géants. Pour ce faire, des
expériences seront réalisées à la fois sur le site du CEA DAM Île-de-France et sur synchrotron afin de pouvoir
sonder les propriétés thermodynamiques, optiques et de transport et du Fe-Ni. Les données expérimentales
recueillies seront ensuite comparées à des simulations de dynamique moléculaire quantique qui
renseignent notamment sur l’état électronique des états rencontrés lors des expériences. Enfin, de nouvelles
approches théoriques, basées sur les résultats expérimentaux et numériques, devront être proposées afin
d’améliorer la modélisation de ce type d’alliage dans le régime WDM.
Modélisation multiéchelle de la réponse magnétique de matériaux hétérogènes
La dépendance spectrale de la perméabilité des matériaux magnétiques, que ce soit dans les matériaux composites ou massifs, reste un sujet complexe, en raison des différentes échelles des phénomènes impliqués. Des modèles analytiques approximatifs sont souvent utilisés pour décrire la réponse en fréquence des matériaux magnétiques, notamment pour améliorer leurs performances dans des domaines comme l’électronique de puissance. Des résultats récents ont montré que des codes de micro-magnétisme permettent maintenant de prédire la réponse d’un ensemble de nanoparticules couplées, ou d’une particule d’un volume représentatif des matériaux en question. Cette thèse vise à utiliser ces outils pour améliorer les modèles analytiques existants. Une inclusion baignant dans un champ effectif sera le paradigme à partir duquel la structure en domaine et la réponse spectrale de la particule seront calculées en utilisant un code de micro-magnétisme. Les matériaux étudiés incluent des particules sphériques ou à fort rapport de forme (oxydes magnétiques, pétales ferromagnétiques) à concentration variable, allant des milieux dilués aux matériaux massifs. Des pistes seront ainsi dégagées pour optimiser la microstructure des matériaux, en vue de meilleures performances dans des applications comme l’électronique de puissance et les composants hyperfréquences. A cet effet, le CEA offre un environnement de calcul scientifique avec des ressources HPC, ainsi que des capacités pour l’élaboration d'échantillons et les caractérisations magnétiques statiques et dynamiques. A l’issue de ce travail, le candidat aura acquis une très bonne maîtrise des relations microstructure-propriétés décrites par une approche numérique appliquées aux matériaux magnétiques. Plus généralement, cette démarche est en pleine expansion dans le domaine des matériaux ("materials par design", ou conception numérique des matériaux).
Comportement de la matière sous compressions dynamiques isothermes: déplacement de la réactivité chimique ; synthèse de nouveaux matériaux métastables ; mécanismes de transition de phase.
La Cellule à Enclumes de Diamant équipée d’actuateurs piézoélectriques, ou d-CED, est un dispositif innovant permettant de générer des compressions et des décompressions dynamiques sur une large plage de taux de variation de pression. La d-CED permet ainsi de réaliser des sollicitations dynamiques finement contrôlées, avec des taux de (dé)compression pouvant varier sur plusieurs ordres de grandeur le long de chemins isothermes. Cela ouvre la voie à la constitution de bases de données de référence pour la validation de mécanismes microscopiques. Par ailleurs, les taux de compression ou de décompression peuvent être assimilés à des taux de chauffe ou de refroidissement ultra-rapides de l’échantillon, offrant la possibilité d’explorer, de manière très contrôlée, certains phénomènes encore débattus dans la littérature, tels que la stabilité maximale d’un solide au-delà de son point de fusion.
L’objectif de cette thèse est d’exploiter les nouvelles possibilités offertes par la d-CED pour démontrer de nouveaux phénomènes ou comprendre finement certains effets discutés dans la littérature, en réalisant des variations de température ultra-rapides. Une première application consistera en l’étude de la cinétique de nucléation des gaz rares (Ar, Ne, Kr) en fonction du taux de compression, et de comparer aux récentes mesures effectuées auprès du XFEL dans des jets cryogéniques. Un deuxième objectif sera d’étudier les changements chimiques, avec une première étude portant sur la modification de la réactivité du nitrométhane, explosif de référence. Un autre sujet d’étude concernera la synthèse de nouveaux composés moléculaires à partir de mélanges de fluides moléculaires denses (N2, H2, O2).
Outils d’évaluation de paramètres de lancements de fusées depuis l'ionosphère
L'ionosphère est la partie haute de l’atmosphère entre 100 et 1000 km. Elle est partiellement ionisée et est sensible à de multiples phénomènes solaires et géophysiques (séismes, tsunamis) et à des événements anthropiques (comme les explosions et les lancements de fusées). Les lancements de fusées peuvent provoquer deux types principaux de perturbations dans l'ionosphère détectées dans les mesures du contenu électronique total (ou TEC) entre le sol et un satellite GNSS (par exemple, GPS ou Galileo) :
- des appauvrissements localisés de la densité du plasma causés par les gaz d'échappement des fusées. Ces appauvrissements ont une forme d'onde spatiale très particulière, similaire à un panache centré le long de la trajectoire de propagation de la fusée.
- les oscillations de la densité électronique dues à la propagation des ondes acoustiques et de choc générées par les lancements de fusées et par la propagation supersonique des fusées dans l'atmosphère et l'ionosphère.
Nous possédons une grande expérience dans l'étude de la réponse ionosphérique aux risques naturels et aux événements d'origine humaine. Nous développons actuellement de nouvelles techniques pour l'évaluation en temps quasi réel des paramètres des perturbations ionosphériques liés aux risques naturels. Nos méthodes permettent de détecter automatiquement dans les données TEC des perturbations ionosphériques liés à des tremblements de terre, de les localiser et, dans le cadre de travaux futurs, d’estimer la magnitude du séisme. Cependant, à la différence des tremblements de terre qui sont localisés en un point, la propagation des fusées est un phénomène plus complexe spatialement. De plus, certaines fusées peuvent utiliser différents types de carburant qui auront des impacts chimiques différents sur l'atmosphère/ionosphère. Par conséquent, selon le scénario, elles produiront différents types de perturbations dans l'ionosphère.
L'objectif principal de la thèse est d'étudier les perturbations ionosphériques générées par différents types de lancements de fusées. Ainsi, il sera possible d'évaluer les paramètres de ces événements et de développer des méthodes d'analyse automatique des perturbations ionosphériques générées par les lancements de fusées.
Applications des faisceaux d'électrons relativistes produits par le laser PETAL
Cette thèse s’inscrit dans le domaine de la physique des plasmas produits par des lasers de très haute puissance et de haute intensité. Elle sera menée au sein de l’installation LMJ, en lien avec le laser PETAL capable d’atteindre des intensités supérieures à 10¹8 W·cm?² et de générer des particules de haute énergie.
L’objectif principal est d’étudier la production et l’accélération de faisceaux d’électrons relativistes dans un jet de gaz. Les applications de ces faisceaux seront évaluées pour la génération de paires électron-positron et pour la radiographie par faisceaux d’électrons.
Le travail reposera sur une approche combinant expériences et modélisation numérique. Le doctorant participera à des campagnes expérimentales prévues en 2026–2027, incluant la mise en œuvre de diagnostics et l’analyse des données. En parallèle, des simulations numériques de type Particle-In-Cell (CALDER) et Monte-Carlo (GEANT4) seront réalisées afin d’interpréter les résultats expérimentaux.
Dans une seconde phase, la thèse contribuera à la qualification de l’évolution du laser PETAL, notamment l’étude des sources secondaires (électrons, protons et rayonnement X dur) issues de l’interaction laser-matière, en lien avec le projet PETAL-UPGRADE.
Mesure de la vitesse du son dans H2 et He constitutifs des intérieurs des géantes gazeuses
L'objectif de la thèse est d'étudier les mélanges hydrogène-hélium en phase fluide à haute pression et haute température par spectroscopie Raman et Brillouin. Les expériences seront effectuées en cellule a enclumes diamant sous chauffage laser permettant d’explorer un vaste domaine de pression et de température représentatif des intérieurs planétaires des géantes de gaz (1-300 GPa, 300-4000 K). La spectroscopie Raman sera utilisée pour sonder les changements chimiques susceptibles d’apparaître en conditions extrêmes. La spectroscopie Brillouin donnera accès à la vitesse du son adiabatique et aux équations d’état de ces systèmes en phase fluide. Ces données seront particulièrement utiles pour améliorer la modélisation des intérieurs de Jupiter et Saturne.
Etude et conception d'un LNA robuste face à une agression électromagnétique
Le CEA Gramat est le centre expert des effets des armes, notamment les armes électromagnétiques. Il réalise à ce titre des études de vulnérabilité et de susceptibilité de systèmes soumis à des agressions électromagnétiques (EM) intentionnelles diverses.
L’amplificateur faible bruit (Low Noise Amplifier - LNA) constitue généralement le premier composant actif de l’étage d’entrée d’une chaîne de réception RF. Afin de limiter le risque de défaillance des LNA, il est essentiel d'avoir une bonne connaissance des effets des agressions EM sur un LNA, et d’identifier de potentielles architectures plus robustes.
Simulations hydrodynamiques de matériaux poreux pour l'endommagement ductile
Le comportement mécanique des matériaux métalliques sous sollicitation fortement dynamique (choc), et en particulier leur endommagement, est une thématique d'intérêt pour le CEA-DAM. Pour le tantale, l'endommagement est de nature ductile : par germination, croissance et coalescence de pores (vides) au sein du matériau. Les modèles usuels d'endommagement ductiles ont été développés à partir d'hypothèses simplificatrices de pores isolés dans la matière. Cependant des études récentes par simulations directes décrivant explicitement une population de pores répartis dans le matériau (ainsi que des observations expérimentales après rupture) ont montré l'importance de l'interaction entre pores pour la prévision de l'endommagement ductile. Toutefois, les mécanismes microscopiques de cette interaction restent à élucider. De plus, ces études numériques doivent être étendues aux échelles de longueur et de vitesses de sollicitation d'intérêt.
L'objectif de la thèse est d'étudier les phases de croissance et de coalescence de l'endommagement ductile au travers de simulations numériques directes d'un milieux poreux soumis à une sollicitation dynamique. Des simulations hydrodynamiques, dans lesquelles des pores seront maillés explicitement au sein d'une matrice continue, seront utilisées afin de se placer aux échelles d'intérêt de temps et de longueur. Le suivi de la population de pores au cours de la simulation renseignera à différents niveaux sur l'influence de l'interaction entre pores pendant l'endommagement ductile. D'abord, le comportement du massif sera comparé à celui prédit par les modèles classiques à pores isolés, montrant l'effet macroscopique de l'interaction entre pores. On s'intéressera également à l'évolution de la distribution de tailles dans la population de pores. Enfin, un dernier objectif sera de comprendre l'interaction microscopique pore à pore. Afin de tirer parti de la richesse des résultats de simulation, des approches issues de l'intelligence artificielle (réseau de neurones sur le graphe associé à la population de pores) seront utilisées afin d'apprendre le lien entre voisinage d'un pore et croissance de celui-ci.
Le/la doctorant(e) aura l'occasion de développer ses compétences en physique des chocs et en mécanique, en simulations numériques (avec l'accès aux supercalculateurs du CEA-DAM) et en science des données.