Le plutonium est produit dans les réacteurs qui utilisent de l'uranium pour combustible. Le plutonium-239 est produit par capture neutronique sur l'uranium-238 puis double décroissance ß (U-238(n,γ)U-239 --> Np-239 --> Pu-239). Les plutonium-240 et plutonium-241 sont produits par captures successives sur le plutonium-239. En fin de cycle, lorsque le combustible est usé, les isotopes fissiles du plutonium (Pu-239 et Pu-241) contribuent significativement à la production d'énergie. Dans le cas d'un réacteur innovant utilisant du plutonium pour combustible la contribution du Pu-241 est importante dès le début de cycle. Le Pu-241 est mal connu en raison des difficultés inhérentes à son étude, d'une part du fait de sa courte demi-vie (~14 ans) et d'autre part de sa décroissance en Am-241 dont la section de capture très élevée perturbe la mesure. L'Agence pour l'Énergie Nucléaire recommande donc d'améliorer la précision des sections de capture et de fission du Pu-241.

La section de capture du Pu-241 est environ 4 fois plus faible que celle de fission dans le domaine en énergie qui nous intéresse. Afin de réaliser une mesure précise de sa capture il faut donc développer un dispositif permettant de détecter les gammas et d'identifier ceux provenant de la fission. Dans l'expérience proposée auprès de la source de neutrons n_TOF du CERN, les gammas issus des réactions (n,γ) et (n,f) sont détectés par un calorimètre 4pi (TAC – Total Absorption Calorimeter) tandis que les événements de fission sont identifiés par une chambre à fission (CaF) contenant les échantillons de Pu-241 placée au centre du TAC. Cette mesure permettra d’améliorer significativement la précision de la section efficace de capture du Pu-241 tout en apportant des informations complémentaires sur la réaction de fission (gammas prompts et section efficace).

Le doctorant contribuera à la préparation et à la réalisation de l'expérience, ainsi qu'à l'analyse des résultats : simulations du dispositif (TAC + CaF + échantillons Pu), spécification des caractéristiques des échantillons, développement et tests de la chambre à fission, mise en place et mise au point du dispositif à n_TOF, prise de données, réduction des données et analyse des données de fission (gammas prompts et section efficace).