Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers

Le travail proposé lors de la thèse est de concevoir, en lien avec l’équipe du DACM, un aimant haut-champ en supraconducteur à haute température critique avec un champ central de 30 T.

La partie conception intègre tous les aspects habituels (conducteur, magnétisme, mécanique, thermique, stabilité, protection, détection) en se focalisant sur les problèmes propres liés aux rubans HTS (dynamique du conducteur) et aux contraintes soulevées pour l’insert 10 T NOUGAT (magnétique, détection et mécanique) actuellement en réalisation.

Des prototypes en REBaCuO seront réalisés afin des donner des éléments pour orienter la conception de l’aimant. Ils pourront être testés dans un champ de fond au Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses.

Cette thèse s’inscrit dans une demande de financement de l’Agence Nationale de la Recherche déposée pour 2018. C’est la suite naturelle de l’ANR NOUGAT (conception et réalisation d’un insert HTS 10 T fonctionnant dans 20 T résisitifs) qui s’achèvera en 2018.

Depuis plusieurs années, le CEA développe des sources de faisceaux intenses d’ions légers à partir de plasmas générés par résonance cyclotronique électronique (ECR). Son expérience, mondialement reconnue, lui a permis de prendre en charge la fabrication des sources et injecteurs de protons ou de deutons pour des grands projets internationaux tels que IFMIF, FAIR et Spiral2.

Grâce à leurs performances, en particulier l’intensité du faisceau délivré et la fiabilité, ces sources sont recherchées pour les futures sources intenses de neutrons (pour les études de matériaux des réacteurs de fusion, les expériences utilisant la diffraction neutronique par exemple), les projets de réacteurs nucléaires pilotés par accélérateurs ou pour le traitement du cancer par capture de neutrons sur le bore.

Les travaux réalisés au cours de cette thèse mèneront à une meilleure connaissance des phénomènes physiques mis en jeu comme l’interaction de l’onde radiofréquence avec le plasma et le confinement magnétique. L’amélioration des connaissances permettra d’optimiser la qualité des faisceaux issus des sources ECR (émittance, stabilité, reproductibilité et pureté ionique). Elle permettra également de porter l’intensité extraite au-delà des records actuels. Des sources plus compactes et un meilleur rendement sont également attendus.

Ce programme est très ambitieux et ne pourra être validé que par de nombreuses mesures expérimentales réalisées sur le site de Saclay soit sur le plasma lui-même, soit sur les faisceaux extraits avec des diagnostics dédiés.

La maitrise des hautes intensités est une des clés du futur dans le domaine des accélérateurs. C’est pourquoi ces sources d’ions innovantes contribueront donc à renforcer la position du CEA parmi les leaders mondiaux dans le domaine des sources d’ions légers et des accélérateurs de particules.

Les cavités supraconductrices, fait en niobium massif, constituent l’un des éléments clé des accélérateurs de particule utilisés pour de multiple applications. Les futurs accélérateurs de particule nécessitent des performances des cavités supraconductrices nettement supérieures à celles atteignable actuellement. Un effort important de la communauté internationale, portés par ces projets, est engagé pour dépasser l’état de l’art.

Ce projet de thèse se concentre sur les effets du dopage sur les propriétés électroniques, structurales et chimiques de surface du niobium ainsi que leurs corrélations avec les performances sous champs radio fréquence des cavités supraconductrices. Cette approche, qui en est à ses balbutiements, a déjà démontré des améliorations notables des performances des cavités supraconductrices induites par un dopage à l’azote dans le Niobium. Cette thèse vise ainsi à améliorer non seulement la compréhension de ce phénomène en utilisant des techniques de pointes de caractérisation de surface disponibles, que l'étudiant sera amené à utiliser (notamment la technique de spectroscopie tunnel), mais également à développer d’autres approches pour améliorer le contrôle du processus de dopage ainsi que d'étudier divers dopant. Ces études se feront sur échantillons en niobium dans un premier temps puis sur cavités dans but d'optimiser leur performances.