6 sujets IRFU/DACM

Dernière mise à jour : 25-06-2022


• Electromagnétisme - Electrotechnique

• Energie, thermique, combustion, écoulements

• Interactions rayonnement-matière

• Physique des accélérateurs

• Physique du solide, surfaces et interfaces

 

Contribution au développement d’aimants dipolaires d’accélérateur très haut champ utilisant des matériaux supraconducteurs à haute température critique de type REBCO

SL-DRF-22-0798

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

Département des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme (DACM)

Laboratoire d’Etudes des Aimants Supraconducteurs (LEAS)

Saclay

Contact :

Thibault LECREVISSE

Pascal TIXADOR

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2022

Contact :

Thibault LECREVISSE
CEA - DRF/IRFU//LEAS

+33 (0)1 69 08 68 27

Directeur de thèse :

Pascal TIXADOR
CNRS Institut Néel, G2ELAB Université de Grenoble Alpes -

04 76 88 79 49

Page perso : https://www.researchgate.net/profile/Thibault-Lecrevisse

Labo : https://irfu.cea.fr/dacm/index.php

Voir aussi : https://anr.fr/Projet-ANR-14-CE05-0005

Afin d’augmenter les performances des futurs accélérateurs de particules, des électro-aimants supraconducteurs à haut champ (supérieurs à 16 T) à base de REBCO sont étudiés. Le LEAS du CEA Paris-Saclay a participé à deux projets importants en collaboration avec le CERN et d’autres laboratoires européens (EUCARD et EUCARD2) pour le développement des dipôles très haut champ utilisant des matériaux supraconducteurs dits à haute température critique (SHTc) de seconde génération de type REBCO (RE, pour Rare Earth, étant une terre rare comme l’Yttrium). Le retour d’expérience sur ces deux projets a montré la nécessité d’améliorer la conception et la protection de ces aimants lorsque survient un ‘quench’. En effet l’endommagement est récurrent lors d’une transition résistive ou ‘quench’ (passage de l’état supraconducteur à l’état résistif) à cause d’une augmentation de température très localisée. Une technique innovante de bobinage MI (Métalliquement Isolé) a été utilisée pour la réalisation d’un solénoïde SHTc qui a atteint la valeur record mondial de 32,5 T (dans un aimant résistif générant 18 T) et a survécu à un quench à cette valeur. Ces résultats prometteurs nous poussent à étudier cette solution pour les aimants dipolaires très haut champ (> 16 T) d’accélérateur. La thèse permettra d’adapter les codes de calculs existants pour les solenoides à une géométrie dipôlaire afin de déterminer les meilleurs paramètres de bobinage et d’anticiper les comportements de la bobine finale. Le/la doctorant(e) participera aussi à la conception, à la réalisation et aux tests d’un ou plusieurs prototypes ainsi qu’aux développements technologiques nécessaires.
Impact de la Contrainte Mécanique sur le Training des Aimants Supraconducteurs Nb3Sn à Haut Champ

SL-DRF-22-0561

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

Département des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme (DACM)

Laboratoire d’Etudes des Aimants Supraconducteurs (LEAS)

Saclay

Contact :

Etienne Rochepault

Karine LAVERNHE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2022

Contact :

Etienne Rochepault
CEA - DRF/IRFU/DACM

01 69 08 37 75

Directeur de thèse :

Karine LAVERNHE
ENS Paris-Saclay - LMPS (Laboratoire de Mécanique Paris-Saclay)

01 81 87 51 14

Page perso : https://www.researchgate.net/profile/Etienne-Rochepault

Labo : https://irfu.cea.fr/dacm/index.php

Voir aussi : https://home.cern/science/accelerators/future-circular-collider

Afin d’augmenter les performances des futurs accélérateurs de particules, des électro-aimants supraconducteurs à haut champ (supérieurs à 10 T) à base de Nb3Sn sont développés. Le LEAS au CEA Paris-Saclay est impliqué dans plusieurs projets qui consistent à concevoir, fabriquer et tester des démonstrateurs d’aimants supraconducteurs à base de Nb3Sn générant jusqu’à 16 T. Ces forts champs et les forts courant requis (> 10 kA), génèrent de fortes contraintes sur le conducteur. La problématique principale de ces aimants est la sensibilité aux perturbations extérieures : la moindre libération d’énergie peut faire transiter brutalement le supraconducteur vers l’état résistif. Il est possible d’amener le supraconducteur vers un état stable à l’aide d’un « training » qui consiste à réaliser des transitions successives de manière à modifier progressivement les conditions initiales. Pour cela, il faut comprendre et maîtriser l’état de contrainte du supraconducteur. Le/la doctorant(e) mènera le développement et la mise en œuvre d’expériences ayant pour but d’étudier l’impact de la contrainte mécanique sur le training des aimants Nb3Sn. De plus le/la doctorant(e) prendra en charge le développement de modèles éléments finis qui permettront de simuler la phase de training. Ces travaux permettront de mieux comprendre et maitriser les phénomènes afin de repousser les limites des aimants Nb3Sn.
Etude numérique et expérimental d'un caloduc oscillant cryogénique

SL-DRF-22-0331

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

Département des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme (DACM)

Laboratoire Cryogénie et Stations d’Essais (LCSE)

Saclay

Contact :

Bertrand BAUDOUY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2022

Contact :

Bertrand BAUDOUY
CEA - DRF/IRFU/DACM/LCSE

0169084207

Directeur de thèse :

Bertrand BAUDOUY
CEA - DRF/IRFU/DACM/LCSE

0169084207

Récemment, le développement de liens thermiques passifs à haut rendement attire l'attention pour le refroidissement de dispositifs miniatures et les économies d'énergie. L'un de ces dispositifs est le caloduc pulsé (PHP), construit à partir de tubes capillaires profilés généralement fermés. Grâce au phénomène de changement de phase du fluide, un PHP peut transférer des flux de chaleur de plusieurs dizaines de watts à température ambiante mais aussi à basse température. Aujourd'hui, le fonctionnement dynamique et thermique du PHP n'est pas encore totalement compris en raison de l'absence d'une réelle compréhension fondamentale du mécanisme de couplage de transfert de chaleur et de masse diphasique. Par conséquent, la conception de ces liaisons thermiques repose sur des données expérimentales et des calculs simples. Ce projet vise à développer des outils expérimentaux et numériques pour comprendre les transferts de chaleur et de masse diphasiques capillaires pour ce caloduc et pour développer un petit caloduc pour un système IRM. Un caloduc de petite dimension sera construit et testé au CEA Saclay. La modélisation des transferts de chaleur et de masse du PHP sera développée avec un logiciel libre basé sur la méthode des volumes finis (OpenFoam) à l'Université des Sciences et Technologies de Wroclaw (WUST).
optimisation du coefficient d'émission secondaire par dépôt contrôlé de couches minces par atomic layer deposition

SL-DRF-22-0289

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
Laboratoire d'accueil :

Département des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme (DACM)

Laboratoire d’Ingénierie de Systèmes Accélérateurs et Hyperfréquences (LISAH)

Saclay

Contact :

Juliette PLOUIN

Mohamed Belhaj

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2022

Contact :

Juliette PLOUIN
CEA - DSM/IRFU/SACM/LISAH

+33 169 08 12 65

Directeur de thèse :

Mohamed Belhaj
ONERA - DESP

+33 5 62 25 25 66

Le multipactor est un phénomène parasite qui se produit dans les dispositifs où l'on transmet une onde hyperfréquence sous vide tels que les tubes électroniques à vide pour la microscopie électronique, les cavités résonnantes et les coupleurs pour accélérateurs de particules et les circuits micro-ondes à bord des satellites. Il consiste en une avalanche d'électrons mis en mouvement par un champ radiofréquence qui peut causer, sous certaines conditions, une perturbation des mesures, un endommagement voire la destruction des dispositifs RF. Ce phénomène est directement lié à l’émission d’électrons dit secondaires d’un matériau lorsqu’il est irradié par des électrons. Le rendement de production d’électrons secondaires (SEY) est donc un paramètre crucial si l’on veut réduire fortement le phénomène de multipactor.

Ce projet de thèse a pour but l’étude fondamentale du SEY de films minces synthétisés par Atomic Layer Deposition (ALD). L’ALD est une technique de synthèse de films minces utilisée dans l’industrie microélectronique, photovoltaïque, batteries… qui permet un contrôle inégalé de l’épaisseur et de la composition chimique jusqu’au niveau atomique sur des surfaces complexes. Cette technique de dépôt est donc un outil remarquable pour 1/ étudier séparément et de manière contrôlée l’impact de différents alliages (composition chimique), et de leur épaisseur sur le SEY et 2/ d’appliquer directement ces structures optimisées sur de « vrais » dispositifs RF. Cette thèse se fera en collaboration entre le CEA et l’ONERA. Elle allie à la fois une technique de dépôt éprouvée, des moyens de caractérisations de surface spectroscopique de pointes et des simulations numériques.
TECHNIQUES AVANCÉES ET D’INTELLIGENCE ARTIFICIELLE POUR ATTENUER LES IMPERFECTIONS DANS LES FUTURS COLLISIONNEURS CIRCULAIRES

SL-DRF-22-0514

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

Département des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme (DACM)

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

Saclay

Contact :

Barbara Dalena

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2022

Contact :

Barbara Dalena
CEA - DRF/IRFU/DACM


Directeur de thèse :

Barbara Dalena
CEA - DRF/IRFU/DACM


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

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

Suite à la découverte du boson de Higgs au LHC, la communauté de physique des particules explore et propose de futurs accélérateurs, pour répondre aux questions ouvertes sur les constituants élé-mentaires de l’univers. Une des possibilités étudiées est FCC (Future Circula Collider), un colli-sionneur de 100 km au CERN. La version hadronique de FCC (FCC-hh) semble être la seule solution pour atteindre des domaines d’énergie bien au-delà du LHC, dans un futur relativement proche, donnant un accès direct à de nouvelles particules avec des masses jusqu’à des dizaines de TeV. Les taux de production dans les domaines des masses en deçà du TeV sont sans commune mesure avec la version électronique de FCC, ouvrant la porte à des études de physique de précision. Une première étude de faisabilité n’a montré aucun obstacle majeur pour ces collisionneurs, mais a identifié plusieurs défis spécifiques à la dynamique des faisceaux: une grande circonférence (avec les problèmes de génie civil), une faible emittance géométrique, la stabilité du faisceau avec de forts courants, une énergie de colli-sion et une luminosité sans précédent, une énorme quantité d’énergie emmagasinée dans le faisceau, une grande puissance de rayonnement synchrotron et les mécanismes d’injection. Cette thèse portera sur l’optimisation de la version hadronique du futur collisionneur circulaire face aux imperfections linéaires et non linéaires (i.e. les alignements et qualités de champs des aimants). Un point central sera la comparaison des méthodes actuelles de correction, déjà très avan-cées, à celles émergentes et complémentaires basées sur l’apprentissage automatique. L’application de ces techniques aux accélérateurs est l’un des sujets d’actualité dans le domaine et poursuivi dans le monde entier.

étude des mécanismes de perte de cohérence dans les résonateurs supraconducteurs par spectroscopie tunnel et rayon-X

SL-DRF-22-0288

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

Département des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme (DACM)

Laboratoire d’Intégration et Développement des Cavités et Cryomodules (LIDC2)

Saclay

Contact :

thomas proslier

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2022

Contact :

thomas proslier
CEA - DRF/IRFU/DACM

0169088711

Directeur de thèse :

thomas proslier
CEA - DRF/IRFU/DACM

0169088711

Les résonateurs supraconducteurs sont utilisés dans des domaines d'application très variés; des Qubits ou détecteurs à photon unique aux cavités radio fréquence utilisés dans les accélérateurs de particule. Les bits quantiques supraconducteurs (Qubits) attirent une attention croissante et des investissements publics importants au cours de ces dernières années. L'un des principaux défis est de conserver la cohérence / l'information quantique suffisamment longtemps pour pouvoir effectuer des calculs. De nos jours, les Qubits peuvent atteindre un temps de cohérence d'environ 100 µs et les cavités supraconductrices ~100 ms ; les recherches actuelles visent à augmenter ces temps d'au moins un ordre de grandeur. Bien que ces deux dispositifs supraconducteurs (Qubits et cavités) soient très différents (température de fonctionnement, géométries etc…), des expériences récentes indiquent que certains mécanismes microscopiques qui limitent leurs performances sont similaires. Des impuretés (systèmes à deux niveaux, impuretés magnétiques etc…) présentent au sein des diélectriques ou à l'interface entre le diélectrique et le film supraconducteur ont été identifiées comme des candidats potentiels à la perte de cohérence. De plus, les propriétés supraconductrices des films, et en particulier leurs variations spatiales, sont également des paramètres importants qui limitent les performances des Qubits et des cavités, et doivent donc être systématiquement caractérisés.

C e projet de thèse, effectué en collaboration entre l'IIT au USA, le SPEC et le CERN, a pour but d’étudier par spectroscopie tunnel (ST) et photoémission par rayon X (XPS) ces paramètres supraconducteurs de surface ainsi que les signatures spectrales caractéristiques des impuretés sur des nouveaux matériaux utilisés pour les cavités supraconductrices et les bits Quantiques. Il s’agit d’apporter une compréhension fine de ces phénomènes, d’établir des corrélations entre les mesures effectuées sur échantillons et les performances des dispositifs supraconducteurs et enfin de pouvoir proposer des solutions technologiques pour améliorer leurs performances.

 

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