Theses en cours

- Thèse de doctorat de Loic LeMeur

"Etude des propriétés de décroissance bêta de noyaux exotiques intéressants pour la physique des réacteurs, la structure nucléaire, et l’astrophysique nucléaire, à l’aide de la technique de Spectroscopie par Absorption Totale (TAS)"

Cette thèse est de type expérimental avec un volet principale fondamental et un volet appliqué. Dans un premier temps, Loic participe à la finalisation de l’analyse d'une expérience effectué avec la technique de spectroscopie par absorbtion totale (TAS) en 2014 au accellerateur de Jyvaskyla. Ensuite il participera à une expérience TAS sur des noyaux d’intérêt pour la structure et l’astrophysique nucléaires auprès du dispositif ALTO, qui a été acceptée et devrait être réalisée en début 2016. Il s’agit de réaliser les premières mesures avec la technique TAS autour du noyau doublement magique 132Sn. Dans cette région une grande partie de la force Gamow-Teller est attendue et n’a encore jamais été observée. De plus les noyaux de cette région sont susceptibles de montrer une structure en « peau de neutrons », et de posséder des modes collectifs de basse énergie, éventuellement accessibles via la désintégration bêta et en particulier la technique TAS. Loic participera donc à cette expérience et à l’analyse qui suivra.
L’analyse des données sera suivie par une phase d’interprétation des résultats et de comparaison avec la théorie. Pour cette partie notre groupe a déjà une collaboration avec Marco Martini de l’Université de Gent (Belgique) et Sophie Péru du CEA-DAM-DIF. Les résultats expérimentaux obtenus de l’analyse des expériences effectuées en 2014 et 2015-16 seront ensuite interprétés avec le support de modèles théoriques microscopiques développés pour les études fondamentales de structure nucléaire : modèles et codes existants de champ moyen, de QRPA pour les excitations électromagnétiques et de pnQRPA pour les décroissances β. Les outils mentionnés permettront à la fois d’interpréter les données expérimentales et de prédire là où l’expérience n’est pas encore accessible.

- Thèse de doctorat de Fanny Courtin

"Étude de scénarios électronucléaires intégrant la gestion de l'inventaire de fin de vie du parc"

Cette thèse s'articule autour de l'étude des scénarios de fin de jeu majeurs. Dans le cadre de ces scénarios, l'attention est portée  particulièrement sur la diminution du volume et de la radiotoxicité des matières radioactives qui subsisteront après l'arrêt des installations. Le plutonium, par exemple, est à l'heure actuelle considéré comme valorisable puisqu'il peut être recyclé dans le combustible MOx. Cependant, dans le cadre d'un scénario de sortie du nucléaire, il serait un contributeur majoritaire de la radiotoxicité à long terme des déchets. Plusieurs technologies peuvent être alors considérées pour minimiser le volume de ces matières et ce, selon l'échéance considérée. A court et moyen termes, seuls les réacteurs déjà présents (Réacteurs à Eau Pressurisée (REP, EPR)) seront utilisés pour incinérer le plutonium et les autres actinides. A long terme, il peut être envisagé de déployer de nouvelles installations telles que la génération IV (Réacteurs à Neutrons Rapides à caloporteur sodium (RNR-Na)) ou encore les réacteurs sous-critiques pilotés par accélérateur (ADS). Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’un programme de recherche pluriannuel sur la modélisation des scénarios électronucléaires dans lequel le CNRS et l’IRSN sont impliqués depuis plusieurs années. La première phase de la thèse consiste en la définition de quelques scénarios majeurs envisageables. La simulation des scénarios résultants repose sur l'utilisation d'un code de scénario. Le code utilisé ici est le code CLASS (Core Library for Advanced Scenario Simulation) développé au laboratoire Subatech. Son objectif est de calculer de manière précise l'évolution de l'inventaire en matière radioactive dans un parc nucléaire complexe à l'équilibre ou en phase de transition. L'objectif principal qu'est l'étude de ces scénarios de fin de vie, suppose la réalisation des objectifs intermédiaires tels que la construction des outils nécessaires (modèles, librairies) à la modélisation par le code, des différents combustibles et technologies considérés.

Thèses soutenues

- Thèse de doctorat de Guillaume Pronost

"Etude de la sélection des candidats neutrinos et du bruit de fond neutrons rapides induits par les rayons cosmiques pour la mesure de l'angle theta13 avec l'expérience Double Chooz"

Cette thèse est effectuée dans le cadre de l'expérience Double Chooz (DC). DC est une expérience d'oscillation des neutrinos qui vise à mesurer auprès de la centrale nucléaire de Chooz (Ardennes), le dernier angle de mélange thêta 13. Double Chooz se propose de mesurer ce troisième paramètre par la comparaison précise des flux d’anti-neutrinos électroniques à deux distances différentes des cœurs de la centrale de Chooz. Le détecteur lointain de DC est actuellement en phase de prise de données et le détecteur proche sera opérationnel début 2013 (Phase II de DC). Les premières données, avec une première statistique de 100 jours de données, ont d’ores et déjà permis de mesurer une première valeur de l’angle thêta 13. L'étudiant perticipe à l’amélioration de cette première mesure en cherchant à diminuer les erreurs systématiques dues aux choix de la sélection des candidats neutrinos pour la phase I. Il s’agit de continuer les études de sélection du signal afin d’améliorer la mesure de l’angle thêta 13 avec de surcroit une statistique accrue. Pour ça L’étudiant travaille sur l’optimisation de la réjection du bruit de fond issu des muons cosmiques notamment dû aux neutrons rapides.

Dans une 2eme phase, L’étudiant participera à l’installation, le commissioning du second détecteur. Il participera à la caractérisation du second détecteur (calibration, erreurs systématiques) et à l’analyse de données qui nécessitera une étude propre au second détecteur (neutrons rapides, accidentel…). Il pourra également travailler sur la comparaison du spectre neutrinos mesuré avec le détecteur proche avec celui obtenu par les simulations réacteur.

- Thèse de doctorat de Abdoul-Aziz Zakari

"Etude des propriétés de décroissance bêta de produits de fission d’intérêt pour les spectres en énergie des antineutrinos et la puissance résiduelle des réacteurs nucléaires"
SUBATECH a participé une expérience destinée à étudier la structure de noyaux d'intérêt pour la structure nucléaire mais aussi pour la physique des neutrinos et la physique des réacteurs. La technique utilisée est la spectroscopie par absorption totale (TAGS), au moyen d'un ensemble de 12 détecteurs BaF2, installé après le piège de Penning du dispositif de l'Université de Jyvaskyla. Il s'agit d'une collaboration étroite avec l'IFIC de Valence (Espagne). La thèse de doctorat a consiste à mener l'analyse des données regardant les noyaux 92,93Rb
La technique TAGS est la seule qui permet d'accéder directament à l'alimentation bêta de chaque niveau excité du noyaux fils et de corriger les eventuels bias des bases de données induits par la basse éfficacité des detecteur Germanium a haute énergie. L'impacte de ces mésures sur le calcule de la puissance résiduelle et du spectre antineutrino de réacteurs a été evalué.

- Thèse de doctorat de Anthony Onillon

"Prédiction des taux de fission des coeurs de Chooz et estimation des incertitudes associées dans le cadre de l'expérience Double Chooz"

 Cette thèse se déroulera dans le cadre d’une chaire industrielle entre le groupement des écoles des Mines et l’entreprise DAHER. Dans le cadre de ces activités nucléaires, DAHER conçoit et développe des emballages pour le conditionnement, le transport et le stockage de combustible et de déchets radioactifs. Une première partie de la thèse consistera à effectuer des simulations de colis de déchets nucléaires. Ce travail aura pour objectif de déterminer l’impact de la radioactivité issue de différents types de déchets nucléaire sur les parois de colis. Il s’agira dans un premier temps de simuler les dépôts d’énergie engendrés par la radioactivité sur les parois puis de coupler ces résultats aux bases de données existantes afin d’en déduire les déplacements par atomes associés (dpa) responsable de la dégradation des propriétés physiques des colis.

 Une seconde partie de la thèse sera dédiée à l’expérience Double Chooz. Cette expérience a pour motivation l'étude des oscillations de saveur des antineutrinos via la détection des antineutrinos électronique émis par les deux réacteurs de la centrale de Chooz dans les Ardennes. Cette détection s’effectuera à l’aide d’un détecteur proche situé à ~400m et d’un détecteur lointain situé à ~1000m. Durant la première phase de l’expérience dont la prise de données commencera au début de l’année 2011, seul le détecteur lointain sera en fonctionnement. En l’absence du second détecteur proche, le flux d’antineutrinos émis par la centrale sera déterminé par des simulations numériques des deux cœurs de la centrale. Le travail consistera d’une part à contribuer à la détermination des spectres d’antineutrinos émis par les deux cœurs dans les conditions de l’expérience et d’autre part à contribuer aux études de sensibilités. Ces études ayant pour objectif d’estimer les erreurs systématiques associées aux prédictions des taux de fissions à l’origine de l’émission des antineutrinos.

- Thèse de doctorat de Van Minh Bui

"La décroissance beta des produits de fission pour la non-prolifération et la puissance residuelles des réacteurs nucléaires"

 Aujourd’hui, l’énergie nucléaire représente une partie non-négligeable du marché énergétique mondial, très probablement vouée à croître dans les prochaines décennies. Les réacteurs du futur devront notamment répondre à des critères supplémentaires économiques mais également de sûreté, de non-prolifération, de gestion optimisée du combustible et d’une gestion responsable des déchets nucléaires.

Dans le cadre de cette thèse, des études concernant la non-prolifération des armes nucléaires sont abordées, dans le cadre de la recherche et développement d’un nouvel outil potentiel de surveillance des réacteurs nucléaires ; la détection des antineutrinos des réacteurs En effet, les propriétés de ces particules pourraient intéresser l’Agence Internationale de l’Energie Atomique (AIEA) en charge de l’application du Traité de non-prolifération des armes nucléaires. L’AIEA encourage ainsi ses états membres à mener une étude de faisabilité. Une première étude de non-prolifération est réalisée avec la simulation d’un scénario proliférant utilisant un réacteur de type CANDU et de l’émission en antineutrinos associée. Nous en déduisons une prédiction de la sensibilité d’un détecteur d’antineutrinos de taille modeste à la diversion d’une quantité significative de plutonium. Une seconde étude est réalisée dans le cadre du projet Nucifer, détecteur d’antineutrinos placé auprès du réacteur de recherche OSIRIS. Nucifer est un détecteur d’antineutrinos dédié à la non-prolifération à l’efficacité optimisée conçu pour être un démonstrateur pour l’AIEA. La simulation du réacteur OSIRIS est développée ici pour le calcul de l’émission d’antineutrinos qui sera comparée aux données mesurées par le détecteur ainsi que pour caractériser le bruit de fond important émis par le réacteur détecté dans Nucifer. De façon générale, les antineutrinos des réacteurs sont émis lors des décroissances radioactives des produits de fission. Ces décroissances radioactives sont également à l’origine de la puissance résiduelle émise après l’arrêt d’un réacteur nucléaire, dont l’estimation est un enjeu de sûreté. Nous présenterons dans cette thèse un travail expérimental dont le but est de mesurer les propriétés de décroissance beta de produits de fission importants pour la non-prolifération et la puissance résiduelle des réacteurs. Des premières mesures utilisant la technique de Spectroscopie par Absorption Totale (TAGS) ont été réalisées auprès du dispositif de l’Université de Jyvaskyla. Nous présenterons la technique employée, le dispositif expérimental ainsi qu’une partie de l’analyse de cette expérience.

- Thèse de doctorat de Jean-Baptiste Clavel

"Étude de systèmes et scénarios électronucléaires double strate de transmutation des actinides mineurs en ADS"

La production énergétique est une problématique d’actualité que ce soit sur le plan international ou français. Face aux enjeux liés à la demande croissante, aux ressources limitées et au changement climatique, le recours à l’énergie nucléaire est proposé comme alternative aux filières utilisant des combustibles fossiles. Mais que faire des déchets de hautes activités produits ? En France, la Loi, n°2006-739 du 28 juin 2006 relative à la gestion durable des matières et déchets radioactifs, impose entre autres, de disposer en 2012, d'une évaluation des perspectives industrielles. Dans ce cadre, nous cherchons à évaluer les performances d’un parc nucléaire français composé d’une strate de réacteurs produisant l’électricité et d’une seconde dédiée à l’incinération des actinides mineurs, ceux-ci étant les principaux responsables de la radio-toxicité à long-terme des déchets nucléaires. Pour ces travaux, nous développons un nouveau concept d'ADS (Accelerator Driven System) destiné à la transmutation appelé ADS MUST (MUltiple Spallation Target). Ce réacteur sous-critique est constitué de plusieurs cibles de spallation permettant de maintenir les réactions au sein d'un cœur dont la puissance thermique est supérieure à 1 GW. Une méthode de dimensionnement de l'ADS MUST a été mise en place sur des critères de neutronique et de thermo-hydraulique afin d'optimiser le réacteur aux différents scénarios possibles.

- Thèse de doctorat de Sandrine Cormon

"Etude du potentiel de la detection des antineutrinos pour la surveillance des reacteurs nucleaires a des fins de lutte contre la proliferation"

Les centrales nucléaires sont de très grands producteurs d'antineutrinos électroniques. Ces particules, qui constituent un champ d'investigation en physique fondamentale depuis leur postulat en 1930 et leur mise en évidence en 1956, pourraient bien trouver une application très concrète : la lutte contre la prolifération des armes nucléaires.
En effet, l'émission des anti-neutrinos électroniques d'une centrale est due à la décroissance beta des produits des fissions générés au cours de la production de puissance. Cette décroissance, également à l'origine de la puissance résiduelle des centrales, dépend de la distribution des produits de fission dans le réacteur, qui dépend elle-même du noyau fissile qui a fissionné.
Parallèlement aux réactions de fissions, d'autres réactions ont lieu au sein du réacteur : en particulier l'absorption des neutrons par l'uranium 238. Par décroissances beta successives, on obtient alors du plutonium 239. Dans le cas d'une utilisation pacifique d'un réacteur, ce plutonium contribue à la production de puissance.
Il pourrait être détourné pour d'autres fins.
Un détecteur d'antineutrinos placé auprès d'une centrale nucléaire est sensible à la composition isotopique du coeur : il est sensible à la distribution des produits de fissions, donc à la proportion des fissions issues d'uranium ou de plutonium : un détournement de plutonium perturberait cette distribution et donc le flux et le spectre en énergie des antineutrinos détectés.
Cette thèse constitue une étude de faisabilité pour déterminer si cette sensibilité peut être suffisante pour détecter le détournement d'une quantité significative de plutonium en moins de trois mois, et, le cas échéant, déterminer quelles erreurs améliorer pour que ce soit le cas.
Ce travail peut également trouver une autre application possible : améliorer les prédictions de puissance résiduelle des centrales.

- Thèse de doctorat de Alberto Remoto

"Etude du bruit de fond induit par les muons cosmiques pour la mesure de l'angle theta_13 avec l'expérience Double Chooz"

Ce travail de these est axé sur l'étude du bruit de fond pour ameliorer la sélection des antineutrino dans les donnes de l'experience Double Chooz, ce qui permettra une amélioration de la sensibilité del'experience à la mesurede l'angle de mélange des neutrinos θ13. Cette thèse est parfaitement synchronisé avec l'échelle de temps de l'expérience et a permis de suivre l'expérience de la construction du détecteur jusqu'a sa mise en service, la premiere analyse d'oscillation et la publication. La sélection du signal et le rejet du bruit de fond sont les deux principaux sujets de Double Chooz qui nécessitent de traiter avec les autres aspects différents de l'expérience, ce qui nécessite évidemment d'acquérir une expertise dans les aspects suivants:

  • La physique des neutrinos et la phénoménologie d'oscillation;
  • Simulation de Monte Carlo;
  • Système d'acquisition Online;
  • Système d'acquisition Offline;
  • L'analyse des données;
  • La sensibilité et l'erreur systématique;  

- Thèse de doctorat de Mr TALL Yoro 2005-2008

"Mesures de taux de production d’éléments gazeux et volatiles lors de réactions induites par des protons de 1 et 1 ,4 GeV sur des cible épaisses de plomb et plomb-bismuth liquides"