Étude expérimentale des réactions (n,2n) et (n,3n) sur l’uranium-238 à l’installation NFS (GANIL/SPIRAL2), via l’analyse de données de spectroscopie gamma prompt collectées en 2024.
L’objectif est d’extraire les sections efficaces de réaction avec des incertitudes réduites, de comparer les résultats avec des mesures par activation et avec les prédictions du code TALYS. Le travail s’inscrit dans le cadre des activités du groupe DNR (IPHC-CNRS) sur la mesure de données nucléaires pour les applications réacteurs.
Contexte :
Les activités du groupe Données Nucléaires pour les réacteurs (DNR) se concentrent sur les données nucléaires destinées aux applications dans le domaine de l'énergie nucléaire. Le développement de nouveaux systèmes de réacteurs nucléaires et de cycles du combustible repose principalement sur des simulations informatiques, qui nécessitent des données nucléaires évaluées de haute qualité. L'amélioration de ces bases de données exige à la fois des travaux expérimentaux et théoriques, afin de réduire les incertitudes dans les simulations pour les applications nucléaires.
Dans ce cadre, notre groupe se concentre sur le processus (n, xn) en mesurant les sections efficaces de la réaction (n, xnγ). La combinaison de nos résultats expérimentaux avec les prédictions des modèles nous permet de déduire la section efficace totale de la réaction (n, xn).
Nos programmes de mesure sont principalement consacrés aux réactions impliquant les actinides. Jusqu'à présent, les expériences ont été menées en utilisant le faisceau de neutrons "blancs" de GELINA (EC-JRC à Geel, Belgique), où nous avons développé le dispositif GRAPhEME, composé d'un ensemble de détecteurs planaires HPGe et d'une chambre à fission. Une attention particulière a été portée à la minimisation de toutes les sources d'incertitude liées à nos instruments de mesure et à l'environnement. L'installation GELINA fournit un faisceau de neutrons dont la plage d'énergie est bien adaptée à l'étude des réactions de diffusion inélastique des neutrons (n,n').
L'arrivée de la nouvelle installation SPIRAL2/NFS (Neutrons pour les sciences) du GANIL a ouvert un tout nouveau champ d'investigations. Les neutrons produits par cette installation permettent d'étudier des processus à seuil plus élevé, tels que les réactions (n,2n) et (n,3n). L'équipe DNR, en collaboration avec l'EC-JRC Geel, l'IFIN-HH Bucarest et l'ESRIG Groningen, propose donc de mener des campagnes de mesure des sections efficaces (n,2n) et (n,3n) sur les actinides en utilisant la méthode de spectroscopie γ prompte. La méthodologie, éprouvée pour l'étude des réactions (n,n') à GELINA, peut être adaptée à NFS. Après une série de tests en 2021 et 2022, une première expérience dédiée à la mesure des réactions ²³⁸U(n, 2nγ) et (n, 3nγ) a été réalisée à l'automne 2024. Une partie de cette expérience a porté sur l'étude de la réaction (n, 2n) par mesure d'activation.
Méthodologie expérimentale
Les expériences menées à NFS (Neutrons For Science) s’appuient sur la spectroscopie gamma prompte combinée à des mesures de temps de vol (ToF). Cette approche permet d’étudier les réactions (n, xnγ) avec une grande précision, en exploitant le faisceau de neutrons pulsé de SPIRAL2/NFS.
Le dispositif MAELS (Multi-Array for ELastic and inelastic Scattering) est utilisé pour détecter les rayons gamma émis lors des réactions nucléaires. Il est composé d’un ensemble de détecteurs HPGe (High-Purity Germanium) optimisés pour une haute résolution en énergie et une grande efficacité de détection. Ces détecteurs sont disposés autour de la cible d’actinides, permettant une couverture angulaire optimale pour la mesure des rayons gamma prompte.
Le faisceau de neutrons de NFS présente une large plage d’énergies (de quelques keV à plusieurs dizaines de MeV), idéale pour l’étude des réactions à seuil élevé comme (n,2n) et (n,3n). Les neutrons sont produits par la réaction de spallation sur une cible de carbone ou de béryllium, puis transportés jusqu’à la zone expérimentale. La mesure du temps de vol permet de déterminer l’énergie des neutrons incidents avec une grande précision, en corrélant le signal de détection des gamma avec le temps d’arrivée des neutrons.
Les données collectées sont ensuite analysées pour extraire les sections efficaces partielles (n, xnγ), qui sont combinées avec des modèles théoriques pour reconstruire les sections efficaces totales (n, xn). Cette méthodologie a déjà été validée lors de campagnes précédentes, notamment pour l’étude des réactions (n,n’γ) sur des noyaux comme l’uranium 238 ou le thorium 232, et sera adaptée pour les mesures sur le plutonium 239 et d’autres actinides.
Étude expérimentale des réactions (n,2n) et (n,3n) sur l’uranium-238 à l’installation NFS (GANIL/SPIRAL2), via l’analyse de données de spectroscopie gamma prompt collectées en 2024. L’objectif est d’extraire les sections efficaces de réaction avec des incertitudes réduites, de comparer les résultats avec des mesures par activation et avec les prédictions du code TALYS. Le travail s’inscrit dans le cadre des activités du groupe DNR (IPHC-CNRS) sur la mesure de données nucléaires pour les applications réacteurs.
Contexte :
Les activités du groupe Données Nucléaires pour les réacteurs (DNR) se concentrent sur les données nucléaires destinées aux applications dans le domaine de l'énergie nucléaire. Le développement de nouveaux systèmes de réacteurs nucléaires et de cycles du combustible repose principalement sur des simulations informatiques, qui nécessitent des données nucléaires évaluées de haute qualité. L'amélioration de ces bases de données exige à la fois des travaux expérimentaux et théoriques, afin de réduire les incertitudes dans les simulations pour les applications nucléaires.
Dans ce cadre, notre groupe se concentre sur le processus (n, xn) en mesurant les sections efficaces de la réaction (n, xnγ). La combinaison de nos résultats expérimentaux avec les prédictions des modèles nous permet de déduire la section efficace totale de la réaction (n, xn).
Nos programmes de mesure sont principalement consacrés aux réactions impliquant les actinides. Jusqu'à présent, les expériences ont été menées en utilisant le faisceau de neutrons "blancs" de GELINA (EC-JRC à Geel, Belgique), où nous avons développé le dispositif GRAPhEME, composé d'un ensemble de détecteurs planaires HPGe et d'une chambre à fission. Une attention particulière a été portée à la minimisation de toutes les sources d'incertitude liées à nos instruments de mesure et à l'environnement. L'installation GELINA fournit un faisceau de neutrons dont la plage d'énergie est bien adaptée à l'étude des réactions de diffusion inélastique des neutrons (n,n').
L'arrivée de la nouvelle installation SPIRAL2/NFS (Neutrons pour les sciences) du GANIL a ouvert un tout nouveau champ d'investigations. Les neutrons produits par cette installation permettent d'étudier des processus à seuil plus élevé, tels que les réactions (n,2n) et (n,3n). L'équipe DNR, en collaboration avec l'EC-JRC Geel, l'IFIN-HH Bucarest et l'ESRIG Groningen, propose donc de mener des campagnes de mesure des sections efficaces (n,2n) et (n,3n) sur les actinides en utilisant la méthode de spectroscopie γ prompte. La méthodologie, éprouvée pour l'étude des réactions (n,n') à GELINA, peut être adaptée à NFS. Après une série de tests en 2021 et 2022, une première expérience dédiée à la mesure des réactions ²³⁸U(n, 2nγ) et (n, 3nγ) a été réalisée à l'automne 2024. Une partie de cette expérience a porté sur l'étude de la réaction (n, 2n) par mesure d'activation.
Méthodologie expérimentale
Les expériences menées à NFS (Neutrons For Science) s’appuient sur la spectroscopie gamma prompte combinée à des mesures de temps de vol (ToF). Cette approche permet d’étudier les réactions (n, xnγ) avec une grande précision, en exploitant le faisceau de neutrons pulsé de SPIRAL2/NFS.
Le dispositif MAELS (Multi-Array for ELastic and inelastic Scattering) est utilisé pour détecter les rayons gamma émis lors des réactions nucléaires. Il est composé d’un ensemble de détecteurs HPGe (High-Purity Germanium) optimisés pour une haute résolution en énergie et une grande efficacité de détection. Ces détecteurs sont disposés autour de la cible d’actinides, permettant une couverture angulaire optimale pour la mesure des rayons gamma prompte.
Le faisceau de neutrons de NFS présente une large plage d’énergies (de quelques keV à plusieurs dizaines de MeV), idéale pour l’étude des réactions à seuil élevé comme (n,2n) et (n,3n). Les neutrons sont produits par la réaction de spallation sur une cible de carbone ou de béryllium, puis transportés jusqu’à la zone expérimentale. La mesure du temps de vol permet de déterminer l’énergie des neutrons incidents avec une grande précision, en corrélant le signal de détection des gamma avec le temps d’arrivée des neutrons.
Les données collectées sont ensuite analysées pour extraire les sections efficaces partielles (n, xnγ), qui sont combinées avec des modèles théoriques pour reconstruire les sections efficaces totales (n, xn). Cette méthodologie a déjà été validée lors de campagnes précédentes, notamment pour l’étude des réactions (n,n’γ) sur des noyaux comme l’uranium 238 ou le thorium 232, et sera adaptée pour les mesures sur le plutonium 239 et d’autres actinides.
Objectifs :
Le sujet de thèse proposé concerne l'analyse des données récemment enregistrées à NFS pour étudier les réactions ²³⁸U(n, 2nγ) et (n,3nγ).
Cela implique d'analyser les données expérimentales recueillies lors de la campagne 2024 à l'installation NFS. L'objectif de la thèse est d'extraire les sections efficaces de réaction avec des incertitudes réduites. Les résultats issus de l'analyse par spectroscopie γ prompte seront comparés à l'estimation de la section efficace ²³⁸U(n, 2n) obtenue par mesure d'activation lors de la même campagne.
Par ailleurs, les travaux consisteront à confronter ces résultats expérimentaux aux prédictions du code de réaction nucléaire TALYS.
Références
M. Kerveno, et al., From γ emissions to (n, xn) cross sections of interest: The role of GAINS and GRAPhEME in nuclear reaction modeling, Eur. Phys. J. A 51, 167 (2015)
M. Kerveno, G. Henning, et al., How to produce accurate inelastic cross sections from an indirect measurement method?, European Physical Journal N 4, 23 (2018).
M. Kerveno, et al., Measurement of ²³⁸U(n, n′γ) cross section data and their impact on reaction models, Phys. Rev. C 104, 044605 (2021).
Maëlle Kerveno, Neutron inelastic scattering, EPJ Web Conf. 322, 08001 (2025).
Greg Henning, Maëlle Kerveno, Philippe Dessagne, Nuclear Structure and Reaction Data for Reactor Applications at IPHC, Third International Workshop on Nuclear Data for the Next Decade, Paris, France (2026). hal-05553687
https://box.in2p3.fr/s/PEkXS8G8zD6XsN4
Ce doctorat sera rattaché à l'« École Doctorale Physique et chimie-physique» de l’Université de Strasbourg (ED182).
Le candidat (H/F) sera accueilli à l'Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien de Strasbourg (Département DRS)
L’Institut Pluridisciplinaire Hubert CURIEN (IPHC), unité mixte de recherche sous cotutelle du CNRS et de l’Université de Strasbourg (UMR7178), est un laboratoire pluridisciplinaire où des équipes de recherche de cultures scientifiques différentes (écologie, physiologie et éthologie, chimie et physique subatomique) développent des programmes de très haut niveau avec pour socle l’instrumentation scientifique. L'IPHC est structuré en 3 départements et comptabilise un effectif total de 393 agents (H/F) dont 257 agents permanents (soit 119 chercheurs et enseignants-chercheurs et 138 ingénieurs et techniciens H/F), 46 agents en CDD et 102 doctorants H/F.
Le candidat (H/F) intègrera l’équipe Données Nucléaires pour les Réacteurs de l’IPHC constituée de 3 chercheurs et 1 chercheur émérite. L’équipe travaille en collaboration étroite avec les instituts du JRC-Geel (Belgique), de l’IFIN-HH de Bucarest (Roumanie) ainsi qu’avec 2 équipes du CEA DES/Cadarache et du CEA/DAM/DIF. La collaboration est une contributrice du projet JEFF (OCDE/AEN) et ses travaux sont reconnus internationalement. Le travail de thèse s’inscrit de façon générale dans le projet 1 « données nucléaires pour le cycle du combustible et les réacteurs » du PEPR « Science Amont Nucléaire de Fission » (SCIAM) financé par l’APED (agence de programme pour la recherche sur les énergies décarbonées), France 2030.
Il ou elle bénéficiera de l'accès à un restaurant administratif, d'une prise en charge partielle des titres de transport, d'un comité d'entreprise, la possibilité de télétravailler pour une partie des activités et de formations pour l'adaptation au poste de travail.
Strasbourg est l'une des villes les plus attractives d’Europe. Elle possède un riche patrimoine historique et architectural, avec le centre historique de Strasbourg inscrit au patrimoine mondial de l'UNESCO. Sa taille humaine, son centre-ville piétonnier et ses 500 km de pistes cyclables en font une ville très agréable à parcourir. Vibrante et abordable, Strasbourg est une véritable ville étudiante offrant un excellent cadre d'apprentissage et de vie (consultez la vidéo du New York Times : 36 Hours in Strasbourg).
Exigences :
- Master en Physique Nucléaires
- Compétences en spectroscopie gamma, analyse de données, programmation C/C++ et Python
- Bonnes connaissances en Physique nucléaire (réactions nucléaires, sections efficaces), et méthodes expérimentales
- Autonomie, pugnacité, mobilité, créativité, grande motivation.
- Bon niveau d’anglais, à l’oral et à l’écrit de niveau B2 selon le cadre européen commun de référence pour les langues, pour interagir avec tous les partenaires du projet et transférer les résultats dans des publications scientifiques et des présentations lors de conférences.
Les candidats devront envoyer un CV et une lettre de motivation, leur résumé de master et des notes associées, ainsi que le contact de références et le cas échéant, une à deux lettres de recommandation indépendantes.
Des déplacements pour participer aux campagnes expérimentales et aux réunions collaboratives (essentiellement France/Europe) et au workshop/conférences du domaine.
Une partie du travail impliquera l’accès à des zones contrôlées pour des raisons de protection contre les rayonnements ionisants
La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel
44 jours
Pratique et indemnisation du TT
Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€
Référence de l’offre
UMR7178-REGSOM-251
Section(s) CN / Domaine de recherche
Interactions, particules, noyaux, du laboratoire au cosmos
Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.
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