Les sujets de thèses

Dernière mise à jour : 21-08-2017

6 sujets IRFU/SACM

• Electromagnétisme - Electrotechnique

• Energie, thermique, combustion, écoulements

• Physique des accélérateurs

• Physique du solide, surfaces et interfaces

 

Contribution à la conception d’un IRM très haut champ

SL-DRF-17-0678

Domaine de recherche : Electromagnétisme - Electrotechnique
Laboratoire d'accueil :

Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme (SACM)

Laboratoire d'Etudes des Aimants Supraconducteurs (LEAS)

Saclay

Contact :

Lionel QUETTIER

Bertrand BAUDOUY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2017

Contact :

Lionel QUETTIER

CEA - DRF/IRFU/SACM/LEAS

0169085865

Directeur de thèse :

Bertrand BAUDOUY

CEA - DSM/IRFU/SACM/LCSE

0169084207

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Sacm/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=2909

La résolution des images fournies par les IRM est directement liée au champ magnétique de la machine. A ce jour, les IRM les plus puissants dédiés à l’homme atteignent des champs de 10T. Le projet d’aimant Iseult (IRM 11.75T) a été lancé il y a plus de 15 ans, et la mise en service de l’aimant à Neurospin va démarrer début 2017.

Le design de l’aimant Iseult s’est appuyé sur l’expérience du CEA sur les grands électro-aimants en physique des particules (détecteur ATLAS et CMS au CERN) et les machines de fusion (Tore Supra au CEA Cadarache). Le design final est le résultat d’une R&D lancée il y a près de 15 ans pour repousser les limites des technologies classiques (cables supraconducteurs en NbTi, cryogénie @ 1.8K) et étudier tous les aspects d’un système aussi complexe (design magnétique, mécanique, usine cryogénique, alimentation électrique, protection).

L’objectif de la thèse est de proposer des conceptions magnétiques originales basées sur les travaux antérieurs de l’équipe d’accueil. Les codes existants de l’équipe seront enrichis afin de pouvoir estimer les sollicitations mécaniques, les pics de température et tension lors de cet évènement. Ces travaux doivent aboutir à des solutions innovantes pour de nouveaux aimants à 11.75T plus compacts, et de préparer l’avenir avec des configurations magnétiques qui pourraient atteindre 14T en utilisant des supraconducteurs en Nb3Sn ou des matériaux à hautes températures critiques.

Étude de boucles de circulation naturelle cryogéniques

SL-DRF-17-0552

Domaine de recherche : Energie, thermique, combustion, écoulements
Laboratoire d'accueil :

Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme (SACM)

Laboratoire Cryogénie et Stations d'Essais (LCSE)

Saclay

Contact :

Bertrand BAUDOUY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Bertrand BAUDOUY

CEA - DSM/IRFU/SACM/LCSE

0169084207

Directeur de thèse :

Bertrand BAUDOUY

CEA - DSM/IRFU/SACM/LCSE

0169084207

Labo : http://irfu.cea.fr/Sacm/index.php

Les boucles de circulation naturelle sont utilisées en cryogénie pour refroidir certains systèmes magnétiques. Pour des systèmes de grande puissance (plusieurs centaines de Watt), les boucles sont alimentées par un système de liquéfaction externe. Pour de systèmes développant des puissances en-deçà de 100 W fonctionnant à des températures comprises entre 20 et 100 K, les boucles de circulation peuvent être couplées à des cryogénérateurs faisant office de liquéfacteur. Du point de vue scientifique, les transferts de masse et de chaleur des fluides cryogéniques en boucle de circulation ont été peu étudiés. Le travail de thèse comprend un travail expérimental et une modélisation numérique. Les études expérimentales comprendront la caractérisation thermo-hydraulique de deux boucles, la détermination des transferts de chaleur pariétaux et les limites de fonctionnement avec différents fluides et principalement à l’azote. Les différents régimes de convection mixte en écoulement monophasique ou d’écoulements diphasiques seront étudiés. La thermo-hydraulique de ces écoulements sera étudiée numériquement en utilisant un code 1D (Comsol®) permettant de modéliser l’évolution des pressions, température du fluide et titre massique. Il devrait être modifié si nécessaire afin d’appréhender le modèle physique (modèle homogène ou à phase séparées) et modéliser les autres fluides ou configurations (verticales ou horizontales) de la partie échangeur.

Étude des transferts de masse et de chaleur en hélium superfluide en milieux confinés

SL-DRF-17-0548

Domaine de recherche : Energie, thermique, combustion, écoulements
Laboratoire d'accueil :

Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme (SACM)

Laboratoire Cryogénie et Stations d'Essais (LCSE)

Saclay

Contact :

Bertrand BAUDOUY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Bertrand BAUDOUY

CEA - DSM/IRFU/SACM/LCSE

0169084207

Directeur de thèse :

Bertrand BAUDOUY

CEA - DSM/IRFU/SACM/LCSE

0169084207

Labo : http://irfu.cea.fr/Sacm/index.php

La structure confinée des bobinages des aimants supraconducteurs d'accélérateur limite le refroidissement même lorsque le réfrigérant est l’hélium superfluide. Les isolations électriques créent un réseau de micro-canaux ayant des dimensions de l'ordre de 1 à 10 µm. L’espace entre les colliers, d’environ 200 µm, est un autre exemple. Lors des quenchs d’aimant (passage de l’état supra-conducteur à l’état résistif), la dissipation d’énergie est telle que l’hélium subit différents changements de régime thermique associés à des changements de phase. La compréhension des phénomènes thermiques en hélium superfluide à ce niveau de confinement est nécessaire pour l’étude des phénomènes transitoires comme les quenchs de ce type d’aimants. On propose d'étudier expérimentalement les transferts de chaleur en hélium superfluide dans des canaux, seul ou en réseau, ayant des diamètres hydrauliques allant de 200 µm à quelques microns. Les tests seront réalisés dans une station d’essais permettant de créer un bain d’hélium superfluide statique avec une température contrôlée au milli-kelvin. Les mesures seront couplées à une modélisation numérique sous Fluent®. Les transferts de chaleur seront étudiés en utilisant le modèle à deux fluides de Landau (équations Navier-Stoke modifiées) décrivant le comportement de l’hélium. Un code 3D a été développé et la modélisation des résultats expérimentaux devra être réalisée.

Dynamique des faisceaux de particules pour les upgrades du LHC

SL-DRF-17-0841

Domaine de recherche : Physique des accélérateurs
Laboratoire d'accueil :

Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme (SACM)

Laboratoire d'Etudes et de Développements pour les Accélérateurs (LEDA)

Saclay

Contact :

Barbara Dalena

Olivier NAPOLY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Barbara Dalena

CEA - DSM/IRFU/SACM/LEDA

+33169086197

Directeur de thèse :

Olivier NAPOLY

CEA - DSM/IRFU/SACM

(33) 1 69 08 84 52

Page perso : http://dalena.web.cern.ch/dalena

Labo : http://irfu.cea.fr/Sacm/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=295

Voir aussi : www.cern.ch

Inauguré en 2008, le LHC est à ce jour le plus grand et le plus puissant accélérateur de particules au monde. Pour poursuivre l'exploitation et augmenter les performances de cette machine, des changements sont planifiés: une nouvelle configuration, appelée High Luminosity LHC (Haute Luminosité LHC) et un nouvel anneau d’environ 100 km (Future Circulars Colliders FCC), qui dépendent d'avancées technologiques décisives. En particulier les aimants seraient construits en technologie Nb3Sn, qui permettrait d’augmenter le champ magnétique et leur ouverture. La qualité du champ (l’homogénéité) de cette nouvelle technologie va influencer la dynamique du faisceau. Des concepts avancés de modélisation et simulation doivent être pris en compte dans la conception des nouveaux accélérateurs car des imperfections même très faibles pourraient avoir un impact important, en particulier, sur la dynamique à long terme de l’anneau de 100 km. Dans les études numériques et dans les simulations des accélérateurs circulaires, l’intégration symplectique fournit un outil essentiel pour étudier le comportement à long terme de la dynamique de particules. L'intégration symplectique est une façon de résoudre les équations différentielles numériquement en reformulant le problème en termes de « cartes de transfert ». Les avantages de cette approche par rapport aux algorithmes largement utilisés comme le Runge-Kutta sont liés au fait qu’elle est symplectique et qu’elle demande moins de temps de calcul. Le calcul des cartes de transfert non linéaires de particules chargées est possible au moyen de techniques avancées d'algèbre. Les éléments des accélérateurs peuvent avoir une contribution non négligeable liée aux non linéarités, ce qui est en particulier le cas des aimants supraconducteurs de grande ouverture. L'inclusion de ces effets exige un modèle détaillé et réaliste du champ magnétique des aimants, y compris de ses champs de fuites.

« Optimisation des sources d’ions légers de haute intensité »

SL-DRF-17-0960

Domaine de recherche : Physique des accélérateurs
Laboratoire d'accueil :

Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme (SACM)

Laboratoire d'Etudes et de Développements pour les Accélérateurs (LEDA)

Saclay

Contact :

Olivier TUSKE

Date souhaitée pour le début de la thèse :

Contact :

Olivier TUSKE

CEA - DRF/IRFU/SACM/LEDA

+33 1 69 08 68 20

Directeur de thèse :

-

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.

Dopage contrôlé de supraconducteur pour les futurs accélérateurs de particules.

SL-DRF-17-0616

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme (SACM)

Laboratoire d’Intégration et Développement des Cavités et Cryomodules

Saclay

Contact :

thomas proslier

Claire ANTOINE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2017

Contact :

thomas proslier

CEA - DRF/IRFU/SACM/LIDC2

0169088711

Directeur de thèse :

Claire ANTOINE

CEA - DSM/IRFU/SACM/LIDC2

+33 169 08 73 28

Labo : http://irfu-i.cea.fr/Sacm/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=3301&voir=theme

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.
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