Thèse : Etude des phénomènes d'avalanche thermique dans les bobinages REBCO (H/F)

Description du Poste

Sujet De Thèse

Les matériaux supraconducteurs haute température critique (hTc), en particulier à base de REBCO, permettent la réalisation d’aimants tout supraconducteur à champ magnétiques très intense. Le développement d’aimants de 20 T ou plus est un enjeu majeur pour la physique (RMN, physique des hautes énergies) mais aussi pour la réalisation de Tokamaks compacts, devenus très attractifs ces dernières années.
La mise en œuvre des matériaux supraconducteurs hTc REBCO pour la réalisation d’aimants à forte densité d’énergie soulèvent plusieurs défis scientifiques et techniques, en particulier en ce qui concerne la prévention contre les conséquences d’une perte de l’état non dissipatif, et notamment du risque d’avalanche thermique (appelé communément quench). Des solutions existent, comme celle consistant à enlever l’isolation entre tours pour homogénéiser la dissipation et ainsi diminuer la température maximale. Une autre solution vise la détection précoce des signes avant-coureurs de quench par une mesure très sensible de la tension aux bornes de la bobine : c’est la solution développée en collaboration par le G2Elab et l’Institut Néel depuis plusieurs années. Dans tous les cas, le recul manque sur l’efficacité de ces méthodes car peu de prototypes sont fonctionnels, en particulier en ce qui concerne les aimants à courant de fonctionnement élevé et mettant en œuvre des conducteurs formés de plusieurs rubans REBCO en parallèle. Il apparaît donc nécessaire de développer des capacités d’étude expérimentale et numérique des dynamiques de quench dans des conducteurs et des bobinages élémentaires REBCO, adaptée à leurs spécificités : large plage de température de fonctionnement (4 K – 77 K) et courant élevés, jusqu’à plusieurs kA dans un premier temps et plusieurs dizaines de kA dans un second temps.
L’objectif de cette thèse est de contribuer au développement de ces moyens, notamment le contexte du PEPR SupraFusion. Pour la partie expérimentale, le travail de thèse s’appuiera tout d’abord sur un cryostat de test dans la gamme du kA dont le montage est en cours. Le doctorant prendra en charge la mise au point, et disposera ensuite de cet outil tout au long de la thèse. Ce premier moyen de test permettra d’obtenir des données précieuses sur les dynamiques de quench dans des modèles de bobinage mettant en œuvre quelques rubans, tels que ceux envisagés notamment pour les projets d’aimants fort champs. A ce moyen de tests sera associé le développement d’une instrumentation sensible pour la détection précoce de dissipation / quench, par mesure de tension dans un premier temps mais, d’autres approches pourront également être envisagées (radiofréquence, fibre optique, etc.). Ces développements seront menés par le doctorant en collaboration avec le CEA et d’autres équipes internationales partenaires (Tohoku Univ., Polytechnique Montréal).
En parallèle de ces travaux expérimentaux, le doctorant sera amené à travailler, en collaboration avec l’équipe modélisation du G2Elab, sur les modèles numériques de dynamique de quench : ce développant visera bien sûr à long terme à développer notre capacité de prédiction des comportements de quench, mais aussi comme outil pour l’analyse des données expérimentale obtenues.
Dans un deuxième temps, l’expérience acquise dans la mise en œuvre de ce premier cryostat de test permettra au doctorant de contribuer à définir les solutions technologiques à mettre en œuvre pour disposer dans l’équipe d’un moyen de test à plus fort courant (gamme 10 kA), pensé pour pouvoir être adapté aux aimants grand diamètre du LNCMI. Celui-ci permettra le test de conducteurs ou sous-conducteurs très forts courant nécessaires pour les applications de très grande taille comme les aimants pour la fusion, sous champs externe et donc avec des contraintes mécaniques appliquées.

Liste des compétences attendues et appréciées :

- Expérience dans la conduite de manipulations expérimentales mettant en jeux des dipositifs du Gnie Electrique et/ou de la cryogénie
- compétences en modélisation numérique

Votre Environnement de Travail

L'Institut NÉEL est une Unité propre de recherche du CNRS (UPR2940) conventionnée avec l'Université Grenoble Alpes. Le laboratoire est rattaché au CNRS Physique.
Il est situé à Grenoble, au cœur d'un environnement scientifique, industriel et culturel unique. C'est l'un des plus grands instituts de recherche français pour la recherche fondamentale en matière condensée, enrichi par des activités interdisciplinaires à l'interface de la chimie, ingénierie et biologie. Il emploie 450 personnes dont 175 chercheurs.
Le CNRS est un établissement public à caractère scientifique et technologique. Il a pour mission d’identifier, d’effectuer ou de faire effectuer, seul ou avec ses partenaires, toutes recherches présentant un intérêt pour l’avancement de la science ainsi que pour le progrès économique, social et culturel. Internationalement reconnu pour l’excellence de ses travaux scientifiques, le CNRS est une référence aussi bien dans l’univers de la recherche et développement que pour le grand public.

Ce travail s'inscrit dans l'équipe commune de recherche Néel / G2Elab sur la Supraconductivité Appliquée.

Le candidat sera accueilli à l’Institut Néel, au sein de l’équipe : MagSup —Magnétisme et Supraconductivité — MagSup, du département MCBT

Contraintes et risques

RAS

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel bruts

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

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À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

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