Description du sujet de thèse

Le concept des accélérateurs à récupération d’énergie (Energy Recovery Linac ou
ERL) est un concept pionnier en physique des accélérateurs. Un ERL exploite des qualités de faisceaux produits par des linacs avec une consommation énergétique fortement réduite permettant des circulations de courant très intenses. PERLE est un démonstrateur d’ERL à fort courant en phase d’étude à IJCLab, faisant circuler un faisceau d’électrons jusqu’à 250/500MeV avec une intensité de l’ordre de 20mA, pour une puissance totale de 5/10MW.
La structure hybride des ERLs en font des accélérateurs à la frontière des machines existantes (pas tout à fait un linac, ni un synchrotron). De ce fait, de nombreux effets de nature différente peuvent cohabiter (par exemple CSR côté machines circulaires, HOMs côté Linacs…). Cela nécessite d’utiliser des méthodes de simulation innovantes et versatiles ainsi qu’un travail conséquent en vérifications (benchmarks). De plus, les forts courants mis en jeux dans PERLE (20mA CW pour 5/10MW de puissance) rendent l’accélérateur extrêmement sensible aux effets non linéaires tels que les effets collectifs, l’interaction avec le gaz résiduel, les harmoniques des cavités accélératrices.
Cette thèse s’inscrit dans la collaboration internationale PERLE@Orsay, visant à construire un ERL multi-passes de forte puissance d’ici 2029. Le travail de thèse consistera à s’approprier dans un premier temps le code de calcul BMAD – une librairie de tracking versatile et open source – et à s’assurer de sa cohérence dans la modélisation d’effets de nature très différente. La deuxième partie du travail consistera à assurer le transport du faisceau dans l’accélérateur (tracking dit « start-to-end »), en tenant compte et en étudiant la compensation d’effets longitudinaux tels que le facteur de compression des moments d’ordres élevées (ordres 1,2 et 3) et en contrôlant l’espace des phases longitudinal du faisceau pour l’adapter aux besoin des expériences hébergées par l’accélérateur.
Le/la candidat(e) sera amené(e) à publier ses travaux de thèse dans des revues à comité de lecture et à les présenter de manière régulière lors de conférences nationales et internationales.
Références :
PERLE conceptual design report : https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6471/aaa171
Beam dynamics driven design of PERLE : https://hal.science/hal-04523882
Energy Recovery Linacs : https://www.nature.com/articles/s42254-023-00644-6
Self consistent longitudinal match of PERLE : https://arxiv.org/abs/2111.15372

Contexte de travail

Le laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie (IJCLab) est un laboratoire de physique sous tutelle du CNRS, de l'université Paris-Saclay et de l'université de Paris. Le ou la candidate sera rattaché(e) à l’école doctorale PHENIICS (Particules Hadrons Energie et Noyau : Instrumentation, Image, Cosmos et Simulation) de l’Université Paris-Saclay et affecté(e) dans l’équipe BIMP (Beam Instrumentation and Manipulation Physics) du pôle Accélérateurs d’IJCLab. Cette équipe de recherche donne un cadre idéal autour de la conception des accélérateurs et de l’instrumentation associées dans les champs de la physique des particules et de la physique nucléaire.
Le travail s’effectuera au sein d’une collaboration internationale, en lien avec des experts du domaine des accélérateurs. L’équipe locale est constituée de physiciens des accélérateurs, spécialisés dans la dynamique des faisceaux de particules ainsi que dans le développement d’instruments pour les accélérateurs.
La première phase du projet étant principalement financée, des tests de mise en service des premiers instruments de l’accélérateurs peuvent être envisagés. L’équipe dispose aussi d’importants moyens de simulations (PC dédiés, clusters, centres de calculs…).
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IJCLAB fonde sa politique de recrutement sur la promotion de l'égalité, de la diversité et de l'inclusion. Valeurs essentielles, elles permettent le développement professionnel des agents, véritables acteurs d'une réussite collective, mais également le développement du laboratoire lui-même.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

Des missions de courte durée ( environs 1 semaine) sont à prévoir à l’international (USA, Japon, Europe principalement) dans le but d’assister à des conférences.
Une mission longue durée (supérieur à 1 mois) au Japon est envisagée.
Des travaux en zone contrôlée (catégorie B) sont à prévoir si des tests faisceaux doivent être réalisés sur place.