Description

Le CEA et le CNRS ont lancé une initiative de conception d’une nouvelle source de neutrons utilisant des accélérateurs de protons de basse énergie, le projet ICONE. L’objectif est de construire une installation, ICONE, qui offrirait une suite instrumentale d’une dizaine de spectromètres mise à la disposition de la communauté scientifique française et européenne. Le projet est actuellement dans la phase d’Avant-Projet Détaillé avec pour objectif d’affiner autant que possible tous les aspects techniques.
Dans ce cadre, le Laboratoire Léon Brillouin souhaite étudier la possibilité de construire un appareil de spectroscopie neutronique adapté à la mesure des textures et des contraintes dans les alliages métallurgiques. Cette technique, permet de sonder les contraintes résiduelles dans les matériaux après la phase d’usinage, de traitement thermique et/ou d’utilisation et de mesurer l’anisotropie cristallographique d’alliages pour tirer parti des propriétés mécaniques induites.
Le projet de recherche sera divisé en deux volets : recherche et instrumentation. Le candidat sera rattaché à un projet de recherche utilisant les techniques de diffraction neutronique. Il participera à des runs expérimentaux et s’impliquera dans la réduction et l’analyse des données expérimentales jusqu’à leurs publication. Ces travaux permettront au candidat d’acquérir de bonnes connaissances sur (i) les interactions neutron – matière et (ii) les appareils de diffusion neutronique en temps de vol. Le séquençage du projet est particulièrement adapté à la réalisation d’expériences durant la phase de hot-commissionning (2026-2027) des instruments DREAM et MAGIC à ESS pour lesquels le LLB a contribué à la construction.
Cette maîtrise des techniques de diffraction en temps de vol sera ensuite transposée à la conception d’un instrument innovant de mesure de textures et de contraintes pour la source ICONE (CONTEXT). A l’instar de ESS, ICONE produira des « pulses longs » (> 1ms). Nous proposons d’implémenter des techniques de modulation statistique pour la construction de l’instrument qui permettront d’exploiter au mieux le potentiel des pulses longs d’ICONE. Cette technique permet de combiner à la fois une excellente résolution en énergie et un flux incident important. Bien que proposée il y a plusieurs décennies, la technique était jusqu’alors limitée par la puissance nécessaire pour le traitement de données. Les gains de performance offerts par les calculateurs modernes, permettent aujourd’hui d’appliquer la modulation statistique sur des détecteurs résolus en temps et couvrant un large angle solide, permettant de démultiplier les performances de la technique.
Dans cette phase de modélisation, le candidat construira un instrument virtuel combinant différents outils de simulation Monte-Carlo tels que McStas et NCrystal pour se rapprocher d’une modélisation d’un jumeau numérique d’un spectromètre de diffusion neutronique intégrant les détails de l’interaction des neutrons avec un échantillon mais aussi avec son environnement. Ces résultats expérimentaux virtuels seront complétés par le développement d'outils d'analyse des résultats (en particulier SCIPP développé pour ESS).

[1] https://www.icone-neutron.fr/

Compétences requises

Le candidat doit être titulaire d’un diplôme de Master 2 donnant des compétences solides dans le domaine des phénomènes d'interaction Onde - Matière (phénomènes de diffusion et de diffraction). Il devra avoir une très bonne affinité pour la modélisation numérique. Une partie importante du travail consistera à réaliser des modélisations numériques, principalement en utilisant des code existants (OpenMC, NCrystal, SCIPP) mais aussi en développant des codes spécifiques. Le sujet comporte une partie expérimentale de mesures mais pas de développement instrumental proprement dit.

Bibliographie

https://www.icone-neutron.fr/
https://ess.eu/instruments/magic
https://ess.eu/instruments/dream

ICONE – Towards a French HiCANS Neutron Source for materials science and industry
Frédéric Ott, Jacques Darpentigny, Burkhard Annighöfer et al, EPJ Web of Conferences 286, 02001 (2023). https://doi.org/10.1051/epjconf/202328602001

Monte Carlo modelling of a diffractometer using statistical time modulation to exploit the long pulse structure at the ICONE HiCANS. Frédéric Ott, EPJ Web of Conferences 298, 01005 (2024)
DOI: https://doi.org/10.1051/epjconf/202429801005

Pseudo-random time modulation technique for neutron diffraction instruments on compact accelerator-driven neutron sources. F. Ott, JOURNAL OF NEUTRON RESEARCH 25 (1) (2023) pp.1-12. https://doi.org/10.3233/JNR-220042

Mots clés

neutron, diffraction, métallurgie, diffusion neutronique