3 sujets INAC/SBT

Dernière mise à jour : 18-06-2018


• Energie, thermique, combustion, écoulements

• Mécanique, énergétique, génie des procédés, génie civil

 

Confinement Inertiel dans des Cavités de Grande Taille

SL-DRF-18-0218

Domaine de recherche : Energie, thermique, combustion, écoulements
Laboratoire d'accueil :

Service des Basses Températures (SBT)

Laboratoire Cryogénie Fusion (LCF)

Grenoble

Contact :

Jérome DUPLAT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2017

Contact :

Jérome DUPLAT

Université Grenoble Alpes - DRF/INAC/SBT/LCF

04 38 78 64 89

Directeur de thèse :

Jérome DUPLAT

Université Grenoble Alpes - DRF/INAC/SBT/LCF

04 38 78 64 89

Dans le cadre de l'utilisation du confinement inertiel pour produire les conditions de la fusion nucléaire, nous proposons d’étudier la dynamique de bulles sphériques de grande taille (centimétriques). On s’intéresse en particulier au cas où une cavité est placée en forte dépression au sein d’un liquide. On observe alors que la bulle s’effondre sur elle même, avec une très grande violence. Pour une cavité non vide, les éléments piégés sont très fortement comprimés. L’interface et l’ensemble du liquide ralentit, et son énergie (cinétique) est transférée au milieu composant la cavité. C’est le principe du confinement inertiel, exploité pour la réalisation des conditions thermodynamiques de la fusion nucléaire (projets Laser Méga Joule, National Ignition Facility), et à l’origine du phénomène de sonoluminescence.



Nous proposons de réaliser des expériences similaires, à grande échelle spatiale (quelques centimètres) et grande échelle temporelle (de l’ordre de la milliseconde), ce qui autorise une observation détaillée (notamment par imagerie rapide) des phénomènes hydrodynamiques intervenant dans le processus.



Grâce à l'application d'un champ magnétique, il est possible de compenser l'effet des forces de gravité dans l'oxygène liquide. Il est donc possible de créer une bulle au sein de ce liquide, qui soit sphérique et de grande taille initialement.



Le travail de thèse consistera d'une part à mener l'ensemble des investigations expérimentales et d'autre part à proposer des modèles afin de décrire le comportement hydrodynamique de la bulle (sous certaines conditions on observe le développement d'instabilités de l'interface) mais aussi l'état thermodynamique atteint : des expériences préliminaires indiquent que les gaz piégés dans la bulle atteignent des températures de plusieurs dizaine de milliers de Kelvin, ce qui provoque leur illumination spontanée.

Dans des conditions expérimentales mieux maitrisées, on espère dépasser largement ce 'record'.

Contribution à la modélisation thermique et dynamique d'écoulements oscillants appliqués au tube à gaz pulsé

SL-DRF-18-0851

Domaine de recherche : Energie, thermique, combustion, écoulements
Laboratoire d'accueil :

Service des Basses Températures (SBT)

Laboratoire Cryoréfrigérateurs et Cryogénie Spatiale (LCCS)

Grenoble

Contact :

Sylvain MARTIN

Shihe XIN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

Sylvain MARTIN

CEA - DRF/INAC/SBT/LCCS

+ 33 4 38 78 31 71

Directeur de thèse :

Shihe XIN

INSA Lyon - CETHIL (UMR 5008 INSA/CNRS/UCBL) Groupe Transferts Convectifs

04.72.43.70.77

Le Service des Basses Températures (SBT) du CEA/INAC développe une recherche à caractère principalement technologique dans une large gamme de températures depuis 120 K jusqu’à la dizaine de millikelvins. Le CETHIL (unité mixte CNRS, INSA, UCBL) est de son côté expert en simulation numérique pour des systèmes mettant en jeu des écoulements couplés à des transferts thermiques.

Au sein du SBT, l’équipe LCCS (Laboratoire de Cryoréfrigérateurs et Cryogénie Spatiale) développe des systèmes de refroidissement de petites tailles pour une gamme de température entre 50 mK et 50 K. Parmi ces cryoréfrigérateurs, le tube à gaz pulsé est un développement important au sein de l’équipe. Basé sur le cycle thermodynamique de Stirling, ils permettent d’atteindre des températures allant de 4 K à 100 K avec de l’hélium. Ils sont utilisés dans des applications d’observation de la terre (type MTG, Met-image) à des températures de l’ordre de 50 K. Pour des missions d’observation de l’univers (ATHENA/X-IFU), un modèle opérant à 15 K a été développé et un prototype a démontré un fonctionnement à 4 K.

Au sein du CETHIL, l'équipe impliquée a une forte expertise dans la simulation numérique des transferts thermiques en milieu fluide. Elle utilise des codes CFD et a développé des codes internes de calculs dédiés à des études thermiques. L'équipe est également habituée à l'utilisation du calcul parallèle intensif.



Basée sur l’expertise des 2 laboratoires, l’objectif de la thèse est de développer un modèle de tube à gaz pulsé permettant de couvrir la gamme de fonctionnement entre 100 K – 4 K. Cela permettra d’avoir une meilleure compréhension des phénomènes en jeu et donc une amélioration plus rapide des performances. Pour cela, il faudra combiner des modèles thermiques à la dynamique des écoulements oscillants en prenant en compte les effets de gaz réels. Cet outil sera également très utile pour le dimensionnement de machines multi-étages (Bi-étagé, PT 15 K, …). Ce modèle sera ensuite évalué à partir de résultats expérimentaux obtenus précédemment au SBT mais également sur des bancs d’essais permettant de tester des sous-éléments du système pulse tube à développer pour les besoins de la thèse.



La thèse se déroulera à Lyon au sein du laboratoire CETHIL pour les aspects de simulation numérique et des périodes au SBT sont à prévoir lors des essais.



Le(La) candidat(e) recherché(e) doit être diplôme d’un master 2 ou d’une école d’ingénieur dans le domaine de la thermique, de la mécanique ou de l’énergétique. Il(Elle) doit impérativement présenter des connaissances en thermodynamique, transferts thermiques et en programmation avec un intérêt pour les machines thermiques et la physique.

Production de neutrons à haute brillance et courte durée par interaction laser-matière à très haute puissance sur une cible cryogénique

SL-DRF-18-0828

Domaine de recherche : Mécanique, énergétique, génie des procédés, génie civil
Laboratoire d'accueil :

Service des Basses Températures (SBT)

Laboratoire Cryogénie Fusion (LCF)

Grenoble

Contact :

Denis CHATAIN

Nicolas LUCHIER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Denis CHATAIN

CEA - DRF/INAC/SBT/LCF

04 38 78 50 28

Directeur de thèse :

Nicolas LUCHIER

CEA - DRF/INAC/SBT/L3C

0438783068

Les neutrons représentent un outil de sondage de la matière irremplaçable de par leur capacité à pénétrer des matériaux lourds et la possibilité d’exploiter des résonances de diffusion spécifiques. Les sources de neutrons utilisées aujourd’hui sont soit très compactes, mais avec des relativement bas flux, soit capables de générer des flux élevés, mais elles sont alors de grandes tailles (sur la base d’accélérateurs de particules) et leurs durées d’impulsion sont assez longues (µs), ce qui limite la résolution temporelle du sondage visé. De nouvelles perspectives sont offertes dans ce domaine par les lasers de haute puissance. En effet, il a été démontré que l’on pouvait, par l’interaction entre un laser et une cible convenablement adaptée, générer des flux intenses de neutrons avec des durées inférieures à la nanoseconde. Un point dur à valider est au niveau du taux de répétition de ces sources neutroniques, qui ont tout intérêt à s’adapter aux taux de répétition élevés (de l’ordre du Hz) des nouveaux lasers intenses.

La thèse propose de mettre ensemble le couple laser/cible optimal disponible à ce jour dans la perspective de réaliser une source de neutrons. En effet, deux laboratoires leaders mondiaux dans leur domaine : le LULI, coordinateur de l’installation APOLLON, spécialiste des grandes installations lasers et de l’interaction laser/plasma, et le SBT (Service des Basses Températures du CEA/Grenoble), inventeur de la cible « ELISE », cryostat délivrant des rubans d’hydrogène pour l’interaction laser/plasma se mettent ensemble pour développer et tester une source de neutrons basée sur l’interaction du faisceau du laser APOLLON avec une cible hydrogène (ou deutérium).

Le sujet consiste à caractériser et optimiser le ruban d’hydrogène, à mettre au point la mesure par imagerie neutronique, et à caractériser l’interaction laser/plasma pour établir au mieux les lois de génération de neutrons par laser. La thèse se déroulera d’abord au CEA Grenoble, puis au LULI, avec un co-encadrement des deux laboratoires. Les expériences ainsi réalisées devraient permettre de déterminer les caractéristiques que devrait avoir une source neutronique adaptée au contrôle non destructif.

 

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