ISFIN - Mobilite Doctorale - AAP SRIM - Ljubljana

Nom	Laboratoire	Durée	Destination	Laboratoire d'accueil
Valentin Valéro	IN2MP CEA	3 mois	Slovénie, Ljubljana	JSI (Jozef Stefan Institut) Physics Department, Reactor Physics Division

Objectifs de la mobilité

Le domaine de mon projet de mobilité qui s’intitulait SIM-IRRAD (Slovenian International Mobility at the Jožef Stefan Institute for an IRRADiation campaign preparation and radiation/matter simulations) concernait des travaux de recherche sur l'instrumentation nucléaire innovante pour la mesure en ligne de paramètres nucléaires clés dans les installations de recherche nucléaire tels que les flux de neutrons (thermiques et rapides). Cette période internationale s'est déroulée de fin Septembre à fin Décembre 2021 à l'Institut Jožef Stefan (JSI) de Ljubljana en Slovénie (Europe centrale). Ce projet de mobilité était composé de diverses activités de recherche telles que des travaux de simulation numérique 3D des interactions rayonnement/matière avec un code Monte-Carlo dans des détecteurs semiconducteurs neutroniques, la préparation de leur étude expérimentale et leur caractérisation lors d'une campagne d'irradiation dans le réacteur de type TRIGA Mark II du JSI. Plus précisément les capteurs étudiés étaient des diodes à jonction p+n en Carbure de Silicium (SiC) avec ou sans convertisseur de neutrons thermiques et un détecteur en diamant monocristallin (fonctionnant comme une chambre d'ionisation à l'état solide). Ci-dessous sont présentées quelques-unes des principales activités réalisées dans le cadre de cette mobilité :

• la prise en compte de l'environnement de travail (installations du réacteur, cellules blindées, accélérateur de type Tandetron, laboratoires) et le développement de porte-échantillons pour les expériences en réacteur,
• la préparation et la réalisation de travaux expérimentaux dans le réacteur de recherche TRIGA (canaux en cœur et hors cœur) lors d'une campagne d'irradiation pour l'étude de la réponse des diodes p+n en SiC et du détecteur diamant monocristallin pour différentes conditions (puissance de réacteur, tension de polarisation, durée d’irradiation …) et en termes d’impulsions (forme, amplitude, aire, temps de montée et de descente, FWHM, taux de comptage, PHS, …),
• la réalisation de simulations numériques 3D du détecteur à base de SiC (diodes, boîtier, vis, connecteurs et système d'assemblage) pour les expériences dans le canal en cœur du réacteur avec le code MCNP afin d'estimer les flux de neutrons et de photons, les taux de réaction nucléaire dans le SiC, le KERMA et le débit de dose absorbée (échauffement nucléaire) pour les différents matériaux composant le détecteur en SiC,
• la préparation de publications communes entre AMU (IM2NP, ISFIN), le CEA (IRESNE), et le JSI, et par ailleurs l'observation et la participation à d'autres campagnes d'irradiation et à des activités pratiques et des cours pour étudiants dans le réacteur TRIGA réalisés pendant le séjour.

Opportunités de la mobilité

L'Institut Jožef Stefan, qui était l’organisme hôte, est le plus grand et le principal institut de recherche de Slovénie dans plusieurs domaines : Physique, Chimie et Biochimie, Electronique et Technologies de l'Information, Ingénierie des Réacteurs et Energétique. L'équipe qui m'a accueilli appartient au département de physique et se nomme Physique des Réacteurs (F8). De plus, cet institut est un partenaire clé et reconnu internationalement et possède un réacteur de recherche nucléaire : un réacteur de recherche de type TRIGA Mark II de puissance thermique 250 kW. Il s'agit d'un réacteur de type piscine à eau légère, refroidi par convection naturelle et doté de nombreux canaux d'irradiation en cœur et hors du cœur. De plus, en raison de l'absence de telles infrastructures en France et de la longue planification du processus (financement, études de sécurité, préparation, ...), il est assez rare au cours d'une thèse de doctorat d'obtenir une telle opportunité.

Cette mobilité m'a permis d'avoir une réelle expérience professionnelle à l'étranger (plus qu'une conférence conventionnelle) et me permettra d'avoir la possibilité de postuler au Label Européen qui contribuera à mettre en avant ma thèse. Cette mobilité m'a également permis d'accroître la collaboration avec les membres de l'équipe de Physique des Réacteurs et de développer mon réseau pour mes activités post thèse.

A travers les différentes activités que j'ai menées, j'ai amélioré mes compétences et mes connaissances dans le domaine de l'instrumentation nucléaire, par la réalisation de cours, de mesures et d'expériences dans un réacteur de recherche nucléaire. Ainsi, il s'agissait d'une possibilité réelle et concrète de mener à bien mon travail de thèse au-delà des objectifs initiaux en élargissant l’étude des détecteurs en SiC à d’autres conditions expérimentales plus extrêmes (réacteur nucléaire en complément de mesures en générateur de neutrons rapides mono-énergétiques Deutérium-Tritium). Enfin, durant ces trois mois, j'ai amélioré mon niveau d'anglais, tant sur le plan technique que sur le plan courant.

Eléments marquants

Le point le plus pertinent de ma mobilité concernant les activités réalisées a été la durée de la campagne d'irradiation. En effet, cette dernière a duré trois semaines et a permis d'obtenir plus de résultats que prévu en réalisant des études paramétriques poussées. En effet, des mesures en cœur et hors du cœur ont été réalisées pour différentes puissances de réacteur et donc différents flux neutroniques. De plus, différentes tensions de polarisation du détecteur ont été testées afin de faire varier la zone sensible appelée Zone de Charge d’Espace des diodes p+n en SiC et ainsi jouer sur l'efficacité de collecte des charges pour les deux types de détecteurs. Différentes diodes p+n en SiC avec différentes surfaces actives ont également été testées. Une comparaison de la réponse impulsionnelle des diodes p+n en SiC et du diamant monocristallin avec convertisseur de neutrons thermiques (Bore-10 et Lithium-6 respectivement) ainsi qu'une comparaison de la réponse des détecteurs en SiC avec et sans convertisseur de neutrons thermiques en Bore-10 ont été effectuées. De plus, j'ai mis en place et utilisé une nouvelle chaîne d'acquisition avec des équipements plus performants tels que des amplificateurs de courant rapide et un oscilloscope numérique avec une fréquence d'échantillonnage de 20 GHz.

Appréciation socio-culturelle

C'était la première fois que je venais en Slovénie et, plus largement, c'était mon plus long séjour dans un pays étranger. La Slovénie est un pays magnifique, avec une nature vraiment préservée et des paysages très différents (forêt, lacs, montagnes, mer, grottes). Culturellement, ce pays est influencé par ses pays limitrophes (Italie, Autriche, Hongrie et Croatie), ce qui le rend d'autant plus intéressant de par l'architecture des bâtiments, le mode de vie des gens, la cuisine et les traditions locales. Un aspect très positif est la convivialité des Slovènes envers les étrangers et en particulier les Français. J'ai été vraiment impressionné par l’accueil qui m’a été réservé que ce soit par mes collègues scientifiques slovènes ou les gens dans la vie courante. En ce qui concerne la capitale, Ljubljana, c'est une belle ville chargée d'histoire avec beaucoup de sites à découvrir et de lieux à visiter. De plus, la ville est très bien desservie par les transports en commun, ce qui permet de se déplacer assez facilement.