Capteurs à bulles pour la détection de neutrons rapides de la conception aux essais sous irradiation h/f

Description de l'offre

L’Interrogation Photonique Active (IPA) exploite la photofission pour détecter et caractériser la matière nucléaire (uranium, plutonium), avec des applications allant de la sécurité aux frontières à la gestion des déchets radioactifs, en passant par la physique fondamentale.
Traditionnellement, la signature recherchée repose sur les neutrons retardés.

Cependant, cette méthode devient difficile à utiliser lorsque la cadence de tirs est élevée. Une alternative prometteuse consiste à utiliser des capteurs à bulles (émulsions à liquide surchauffé). Leur principe repose sur l’utilisation d’un liquide maintenu à une température supérieure à son point d’ébullition, dispersé en microgouttelettes dans une phase continue transparente et visqueuse. Ce liquide placé dans des conditions métastables, peut s’évaporer sous l’effet d’un dépôt d’énergie, entraînant la formation de bulles de vapeur. Chaque bulle formée est la trace visuelle du passage d’un neutron. En ajustant la température, on fixe le seuil énergétique auquel la réaction se produit. Ce procédé permet ainsi de cibler les neutrons prompts de photofission (de l’ordre du MeV), plus caractéristiques que ceux du bruit de fond.


Ces détecteurs présentent également l’avantage d’une lecture a posteriori par imagerie optique, avec une instrumentation simple et adaptée au terrain.


Objectifs du stage
L’étudiant(e) participera à la mise au point d’un démonstrateur de détecteur à bulles pour
neutrons rapides, en suivant une démarche complète :


1) Conception du détecteur
a. Revue bibliographique ciblée sur les capteurs à bulles.
b. Choix d’une formulation adaptée (fluide actif, matrice, plage de
température/pression).
c. Définition de critères simples pour atteindre le seuil énergétique souhaité.

2) Réalisation expérimentale
a. Préparation de l’émulsion et mise en forme de la chambre à bulles.
b. Conception et impression 3D des supports mécaniques.
c. Mise en place d’un banc d’imagerie optique simple.


3) Étalonnage et traitement des données
a. Tests avec des sources radioactives.
b. Acquisition d’images et comptage automatisé des bulles (Python).
c. Estimation du rapport signal/bruit.


4) Validation en conditions réelles
a. Essais sous irradiation avec un accélérateur linéaire d’électrons.
b. Analyse et comparaison avec les simulations Monte-Carlo.

Profil du candidat

Étudiant(e) en Master 2 ou 3A en école d’ingénieurs (physique, instrumentation ou
disciplines voisines).

1.
Compétences en Python (analyse de données, traitement d’images).
2. Intérêt pour les travaux expérimentaux (chimie, préparation d’émulsions, essais sous
irradiation).
3. Notions en CAO/prototypage (impression 3D, Arduino) appréciées.

Conformément aux engagements pris par le CEA en faveur de l'intégration des personnes handicapées, cet emploi est ouvert à toutes et à tous. Le CEA propose des aménagements et/ou des possibilités d'organisation pour l'inclusion des travailleurs handicapés.