Capteurs à Bulles pour la Détection de Neutrons Rapides de la Conception aux Essais Sous Irradiation H/F - 78

Le CEA est un acteur majeur de la recherche, au service des citoyens, de l'économie et de l'Etat.

Il apporte des solutions concrètes à leurs besoins dans quatre domaines principaux : transition énergétique, transition numérique, technologies pour la médecine du futur, défense et sécurité sur un socle de recherche fondamentale. Le CEA s'engage depuis plus de 75 ans au service de la souveraineté scientifique, technologique et industrielle de la France et de l'Europe pour un présent et un avenir mieux maîtrisés et plus sûrs.

Implanté au coeur des territoires équipés de très grandes infrastructures de recherche, le CEA dispose d'un large éventail de partenaires académiques et industriels en France, en Europe et à l'international.

Les 20 000 collaboratrices et collaborateurs du CEA partagent trois valeurs fondamentales :

- La conscience des responsabilités
- La coopération
- La curiositéL'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.