Thèse Etude de la Dégradation des Performances en Opération et Amélioration des Moyens de Mitigation pour le Linac Supraconducteur de Triumf H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique École doctorale : Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Image, Cosmos et Simulation Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique des deux Infinis Irène Joliot-Curie Direction de la thèse : David LONGUEVERGNE ORCID 0000000337259473 Début de la thèse : 2027-05-01 Date limite de candidature : 2027-04-30T23:59:59 Les cavités accélératrices sont le coeur d'un accélérateur de particule. Elles permettent de transformer l'énergie électromagnétique d'une onde radio-fréquence (RF) en énergie cinétique transférée au faisceau de particules chargées. Les champs électromagnétiques à haute fréquence (de l'ordre de 50 MHz à 1 GHz) en résonance dans de telles structures supraconductrices en Niobium (de l'ordre de la dizaine de MégaVolts/m) permettent des accélérations puissantes (plusieurs dizaines de kilowatts de puissance RF) en continu et cela en ne dissipant seulement quelques Watts dans l'hélium liquide.
Au fil des années, il a été observé pour certaines cavités en opération dans les accélérateurs, une dégradation continue de leur performance avec l'apparition ou le renforcement du phénomène parasite d'émission de champ. Ce phénomène, causé par la pollution de surface favorisant l'émission et l'accélération d'électrons par les champs électromagnétiques, entraine la génération d'un rayonnement ionisant X par freinage Bremstrahlung des électrons dans la matière. Ce rayonnement pose non seulement des problèmes de sureté mais également augmente considérablement la charge thermique sur le bain d'hélium liquide. Ceci implique en général le démontage du cryomodule accélérateur afin de retraiter les cavités accélératrices.
Depuis quelques années, un traitement très prometteur, appliqué sur l'accélérateur SNS par exemple, permet de régénérer « in-situ » les performances accélératrices de cavités et d'éviter le démontage complet des cryomodules défaillants. Celui-ci consiste à générer un plasma gazeux réactif par excitation RF d'un mode de résonance de la cavité à l'aide du système RF déjà en place. Ce traitement « in-situ » se révèle très efficace pour la réduction du phénomène d'émission de champ.
Le projet de thèse, en co-tutelle entre l'université Paris Saclay (UPS) et l'université de Victoria (UVIC) porte sur l'étude de la dégradation des performances en opération faisceau et l'amélioration des moyens de mitigation pour le linac supraconducteur de TRIUMF, sera divisé en trois périodes :
- T0 à T0+6mois (UVIC) : Suivi des cours nécessaires pour l'obtention du doctorat au Canada.
- T+6mois à T0+24mois (UPS) : Etudes exploratoires de l'impact de paramètres plasma tels que le potentiel plasma pour l'amélioration des capacités du traitement plasma 'in-situ' des cavités accélératrices supraconductrices. Ces études seront réalisées sur la plateforme Vide&Surface à IJCLab opérant un banc de R&D plasma. Ces études seront complémentées d'analyses de surface à l'aide des équipements de caractérisation multi-technique en opération sur la plateforme.
- T0+24mois à T0+42mois (UVIC) : A la suite des travaux d'optimisation à l'IJCLab, la technique de décontamination plasma sera appliquée au cas particulier des cavités de l'accélérateur ISAC2 de Triumf. Des études plus avancées seront menées à Triumf sur la dégradation des performances supraconductrices sous exposition faisceau ainsi que sur l'interaction entre traitements plasma et thermiques.
Les cavités accélératrices sont le coeur d'un accélérateur de particule. Elles permettent de transformer l'énergie électromagnétique d'une onde radio-fréquence (RF) en énergie cinétique transférée au faisceau de particules chargées. Les champs électromagnétiques à haute fréquence (de l'ordre de 50 MHz à 1 GHz) en résonance dans de telles structures supraconductrices en Niobium (de l'ordre de la dizaine de MégaVolts/m) permettent des accélérations puissantes (plusieurs dizaines de kilowatts de puissance RF) en continu et cela en ne dissipant seulement quelques Watts dans l'hélium liquide.
Au fil des années, il a été observé pour certaines cavités en opération dans les accélérateurs, une dégradation continue de leur performance avec l'apparition ou le renforcement du phénomène parasite d'émission de champ. Ce phénomène, causé par la pollution de surface favorisant l'émission et l'accélération d'électrons par les champs électromagnétiques, entraine la génération d'un rayonnement ionisant X par freinage Bremstrahlung des électrons dans la matière. Ce rayonnement pose non seulement des problèmes de sureté mais également augmente considérablement la charge thermique sur le bain d'hélium liquide. Ceci implique en général le démontage du cryomodule accélérateur afin de retraiter les cavités accélératrices.
Depuis quelques années, un traitement très prometteur, appliqué sur l'accélérateur SNS par exemple, permet de régénérer « in-situ » les performances accélératrices de cavités et d'éviter le démontage complet des cryomodules défaillants. Celui-ci consiste à générer un plasma gazeux réactif par excitation RF d'un mode de résonance de la cavité à l'aide du système RF déjà en place. Ce traitement « in-situ » se révèle très efficace pour la réduction du phénomène d'émission de champ. - Etude des dégradations des performances des cavités accélératrices supraconductrices en opération
- Mise au point et amélioration du procédé de décontamination plasma in situ

Le sujet ne sera pas ouvert à la candidature car l'étudiant est déjà identifié