Influence de la largeur de bande et de la longueur d'onde du laser sur les instabilités paramétriques

Dans le cadre du projet Taranis initié par Thales et supporté par BPI France et en collaboration avec de nombreux partenaires scientifiques tels que le CEA/DAM, le CELIA et le LULI, un travail de dimensionnement d'une cible et d'un laser destiné à la production d'énergie en attaque directe va avoir lieu. Un prérequis à ce travail, est de comprendre les mécanismes d'interaction laser-plasma qui vont se produire lors du couplage du laser avec la cible. Ces mécanismes délétères pour la réussite des expériences de fusion peuvent être régulés par l'utilisation de laser dits « large-bande ». En outre, le choix de la longueur d'onde laser utilisée pour le dimensionnement de la cible et de l'architecture laser doit être défini. L’objectif du stage est d'étudier la croissance et l'évolution de ces instabilités (Brillouin, Raman) en présence de lasers « large bande » à la fois d'un point de vue expérimental que simulation, et ainsi de pouvoir définir les conditions lasers permettant de réduire ces instabilités paramétriques.

Caractérisation de phénomènes multiphysiques locaux dans le réacteur de recherche CABRI

L'institut de R&D IRESNE du CEA Cadarache propose un post-doctorat dont l'objectif est de développer un couplage entre le modèle multiphysique APOLLO3®/THEDI du cœur et le modèle CATHARE du système de dépressurisation de l’hélium-3 dans le réacteur CABRI. A l’aide de cet outil de simulation, le post-doctorant définira des configurations de cœur d'intérêt et des mesures pour caractériser les phénomènes multi-physiques locaux dans CABRI.
Le réacteur de recherche de CABRI, situé au CEA Cadarache, est dédié à l'analyse du comportement du combustible nucléaire lors d'un accident de d’insertion de réactivité dans les réacteurs à eau pressurisée. Il simule expérimentalement des transitoires de puissance dans le cœur. Ces derniers sont initiés par la dépressurisation de quatre barres transitoires contenant un puissant gaz neutrophage, de l’3He.
Deux modèles ont été récemment développés pour simuler les transitoires de puissance de CABRI. Le premier modèle, à l'échelle de l'assemblage, est un outil appelé PALANTIR ; il est basé sur le code de thermohydraulique système CATHARE2 et des métamodèles pour fournissent la réactivité injectée par la dépressurisation de l’3He. CATHARE2 comprend un module de cinétique ponctuelle, en plus de modèles de thermohydraulique et de thermomécanique. Outre le cœur, le circuit de dépressurisation est modélisé, ce qui permet d'accéder à la densité de 3He dans les barres transitoires.
Le second modèle, à l'échelle du crayon, est basé sur un couplage APOLLO3®/THEDI via la plateforme C3PO. APOLLO3® résout l'équation de transport simplifiée à 3D. THEDI est utilisé pour modéliser un écoulement hydraulique 1D dans le cœur et résout également l'équation de la chaleur 1D. Pour la simulation de chaque transitoire, PALANTIR fournit l'évolution de la densité d’3He en fonction du temps ; ces données sont imposées comme conditions aux limites dans le couplage APOLLO3®/THEDI.

Développement d’un outil de spectrométrie neutron pour la caractérisation de sources neutroniques à base de radionucléides

Depuis quelques années, le LNHB développe un nouveau dispositif de spectrométrie neutron baptisée AQUASPEC et dédié la caractérisation de sources neutrons à base de radionucléide (ex. AmBe, PuBe, Cf-252). Le dispositif est constitué d'un récipient en polyéthylène, équipé d’un canal central dans lequel la source est placée, et de 12 voies de mesures pouvant accueillir des détecteurs (scintillateur plastique (SP) discriminant dopé au 6Li). Lors de la mesure, le récipient est entièrement rempli d’eau afin de garantir la modération des neutrons émis par la source et une sensibilité moindre à l’environnement extérieur. Les détecteurs sont positionnés autour de la source afin de réaliser des mesures à différentes distances de modération. Les comptages obtenus sont traités par un algorithme itératif dédié aux déconvolution des données, sur la base d’un algorithme itératif de type ML-EM ou MAP-EM. Le candidat travaillera sur les problématiques de mesures de spectre neutrons au sein du laboratoire. Il participera à des campagnes de mesures de sources et travaillera sur les aspects de détection des neutrons, de traitements de données notamment la problématique de discrimination neutron gamma, ainsi que les méthodes de déconvolution de données et de reconstruction de spectre. Une attention particulière sera portée sur l’optimisation de la caractérisation des sources, avec l’intégration de l’information liée aux coïncidences neutron gamma spécifiques aux sources de type XBe.

Evolution des codes ISAAC et Xpn pour une extension de la méthode QRPA au traitement complet des noyaux impairs ; vers une base de données sans interpolation pour les noyaux impairs

Le traitement explicite des noyaux à isospin impair dans les approches microscopiques se limite pour l’instant à l’approximation dite du « blocking ». Dans l’approche Hartree-Fock Bogolyubov (HFB), l’état fondamental d’un noyau de masse impaire est décrit comme une excitation à une quasi-particule (qp) sur son vide de référence. Ainsi, dans l’approche QRPA, où les excitations de base sont des états «?à 2 quasi-particules?», la qp bloquée est exclue de l’espace de valence en vertu du principe d’exclusion de Pauli?; principe applicable aux quasi-particules qui sont des fermions. En conséquence, la qp choisie est spectatrice et ne participe pas aux états collectifs QRPA. Certains niveaux où le nucléon célibataire devrait avoir une contribution significative seront alors soit mal, soit pas du tout, reproduits. La mise au point dans les codes QRPA (ISAAC et Xpn) d’une procédure qui permette à tous les nucléons de participer aux états collectifs est donc d’importance capitale pour une description microscopique des noyaux impairs, préférable à une simple interpolation entre noyaux pairs. De plus, des développements récents de Xpn ont permis la description des décroissances ß- premières interdites, ce qui améliore l’estimation de temps de demi-vie des fragments de fission. Ceci pourrait être étendu afin de traiter également les décroissances ß+ et les captures électroniques. Couplée avec un meilleur traitement des noyaux impairs, cette approche pourrait être adaptée aux calculs à grandes échelles, utiles également pour l’astrophysique nucléaire. 

Stratégies innovantes en matière d'actinides mineurs utilisants des réacteurs à sels fondus

Dans le cadre du projet ISAC (Innovative System for Actinides Conversion) du plan France Relance, des esquisses de réacteurs à sels fondus (RSF) incinérateurs d'actinides mineurs doivent être proposées en réponse à différents objectifs d'intégration dans des évolutions prospectives du parc nucléaire français (stabilisation ou réduction de l'inventaire de plutonium et d’américium, minimisation de l'emprise du stockage profond, …) et des contraintes liées au cycle (inventaire plutonium et actinides mineurs existant, …). Les spécificités de ces réacteurs à sels fondus seront exploitées pour concevoir des stratégies de transmutation innovantes. Le post doctorat aura lieu au sein du Service de Physique des Réacteurs et du Cycle de l'institut IRESNE dont l’une des missions est d’étudier la faisabilité et concevoir des réacteurs de nouvelle génération. Le candidat développera des compétences en neutronique ainsi qu’en conception de réacteur de quatrième génération en lien avec des considérations de cycle et parc nucléaire.

Etudes numériques de l’interaction laser plasma en champ intermédiaire sur le Laser Megajoule

Dans les expériences de Fusion par Confinement Inertiel (FCI), des faisceaux lasers intenses traversent une cavité remplie de gaz qui est rapidement ionisé. Ils se propagent dans le plasma ainsi formé et sont soumis à des instabilités néfastes pour réaliser la fusion. Les techniques de lissage optique consistent à briser les cohérences spatiales et temporelles des faisceaux lasers afin que leurs tailles et temps caractéristiques soient plus petits que ceux requis pour le développement des instabilités. La brisure de la cohérence spatiale est réalisée par une lame de phase qui va répartir l’énergie laser en une multitude de grains de lumière appelés points chauds. La brisure de cohérence temporelle s’effectue en élargissant le spectre grâce à un modulateur de phase et en dispersant chaque fréquence grâce à un réseau. La connaissance des caractéristiques des points chauds (largeur, longueur, contraste, temps de cohérence, vitesses …) est importante pour prédire le niveau des instabilités qui peut évoluer en fonction du temps et au cours de la propagation des faisceaux.
Par souci de simplicité, les instabilités se développant lors de l’interaction laser-plasma sont souvent étudiées autour du point de focalisation des faisceaux lasers. Or dans les expériences de FCI, les faisceaux sont focalisés près du trou d’entrée laser de la cavité qui a une longueur d’environ 1 cm. Des instabilités peuvent donc se produire à la fois en amont du meilleur foyer (à l'extérieur de la cavité) et aussi et surtout en aval de celui-ci (assez loin à l’intérieur de la cavité). Le but de ce contrat post-doctoral est d’étudier le développement des instabilités lorsqu’il se produit en champ intermédiaire (loin du meilleur foyer du faisceau laser). Nous nous concentrerons sur les instabilités de propagation (autofocalisation, diffuson Brillouin vers l’avant) et sur la rétrodiffusion Brillouin. Le travail sera réalisé grâce à des outils de diagnostics et des codes numériques existants.

Minimisation de l’empreinte laser par “machine learning” dans le contexte de la fusion par confinement inertiel

Le postdoc sera basé au laboratoire CELIA qui développe des études sur différents schémas de fusion inertielle par laser. Afin d’optimiser l’implosion de la cible, l’impulsion laser est mise en forme spatialement et temporellement, notamment par une pré-impulsion d’une centaine de picosecondes et d’intensité de quelques centaines de TW/cm2. Cependant cette dernière introduit des inhomogénéités spatiales à la surface et en volume de la cible, amplifiées par le comportement solide initial de la matière. Ces empreintes générées par la pré-impulsion vont dégrader la symétrie de la cible lors de son implosion, et donc diminuer l’efficacité du confinement inertiel. A l’heure actuelle, la plupart des modèles supposent un état plasma dès le début de l’interaction, et sont ainsi incapables de rendre compte de certaines observations expérimentales. Pour palier ce manque, nous venons de développer un outil original de simulation multi-physique qui inclut la transition de phase d’un matériau homogène induite par le laser. Afin d’atténuer l’effet d’empreinte laser, une mousse de polystyrène (matériau hétérogène) peut être déposée à la surface de la cible. Les réflexions optiques multiples dans la mousse lissent le profil spatial d’intensité laser, permettant ainsi de réduire les inhomogénéités d’absorption. Afin de réduire l’influence de l’empreinte laser, le post-doctorat aura vocation à développer un modèle microscopique décrivant l’évolution de la réponse optique d’une mousse lors de la transition solide-plasma. La première étape du travail consistera à coupler l’équation d’Helmholtz (décrivant la propagation laser) à un modèle de transition solide-
plasma, et d'étudier l'influence des paramètres. La seconde étape consistera à utiliser un algorithme d’intelligence artificielle (réseau de neurone) afin d’optimiser la réponse optique de la mousse.

Développement d'une instrumentation multi-détecteurs modulaire pour la mesure de paramètres atomiques et nucléaires

Le projet LNE PLATINUM (PLATeforme d’Instrumentation NUmérique Modulable) a pour objectif de développer une plateforme modulable, dans le but de tester de nouvelles instrumentations utilisant deux ou plusieurs détecteurs en coïncidence. Le principe mis en œuvre dans ce projet s’appuie sur la détection simultanée d’interactions ayant lieu dans deux détecteurs différents, en recueillant des informations sur le type de particule et son énergie (spectroscopie). Ce principe est à la base de mesures absolues d’activité ou des systèmes actifs de réduction du fond continu pour améliorer les limites de détection. Mais il permet également de mesurer des paramètres caractérisant le schéma de désintégration, comme les coefficients de conversion interne, les rendements de fluorescence ou les corrélations angulaires entre les photons émis en cascade.

Fort de son expertise en données atomiques et nucléaire, le LNHB constate depuis de nombreuses années l’incomplétude des schémas de désintégration pour certains radionucléides. Ces schémas, établis lors de l’évaluation à partir des données mesurées existantes, présentent parfois des incohérences ou des transitions mal connues, en particulier en présence de transitions gamma fortement converties ou de très faible intensité (par exemple les études récentes sur 103Pa, 129I et 147Nd ont révélé de telles incohérences). Il apparaît donc important pour le LNHB de mieux maîtriser la technique de mesure en coïncidences, en tirant parti des nouvelles possibilités en termes d’acquisitions et d’horodatage des données pour apporter des compléments d’information sur les schémas de désintégration et contribuer à leur amélioration.

Développements des outils multiphysiques dédiés à la modélisation des réacteurs RNR-Na et études associées.

Le groupe sodium du DM2S (département du CEA Saclay) développe des outils numériques de couplage afin de réaliser des études de cas accidentels (transitoires rapides). Les domaines physiques concernés sont la neutronique, la thermo-hydraulique et la mécanique. Le sujet de ce post-doc s’inscrit dans ce cadre.
Il s’agit de mener plusieurs travaux : l’intégration d’un couplage au sein de la plateforme CORPUS, réaliser des études dans le but de tester les effets et introduire dans le couplage l’impact, sur l’écoulement du sodium, de la déformation des assemblages par la température, l’utilisation des sections efficaces neutroniques générées par le code APOLLO3, l’étude d’autres cas accidentels, et étendre la modélisation à l’échelle sous-canal et aiguille.

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