PHD : Dispositif d’insertion multi-périodique, Bures-sur-Yvette , France

Publié il y a 2 mois

SOLEIL est le synchrotron national français, situé sur le plateau de Saclay près de Paris. C’est un instrument pluridisciplinaire et un laboratoire de recherche, dont la mission est de conduire des programmes de recherche utilisant le rayonnement synchrotron, de développer une instrumentation de pointe sur les lignes de lumière, et de les mettre à disposition de la communauté scientifique. SOLEIL, outil unique à la fois pour la recherche académique et les applications industrielles dans un large éventail de disciplines telles que la physique, la biologie, la chimie, etc., est utilisé par plus de 5 000 chercheurs français et étrangers. L’établissement est une entreprise « publique » employant environ 500 personnes, fondée par le CNRS et le CEA, et partenaire de l’Université Paris-Saclay.

Contexte de la thèse

SOLEIL est une source lumineuse qui est en opération depuis 2006 à Saint Aubin dans le sud-ouest de Paris en France. L’installation fournit des photons de haute intensité couvrant une large gamme spectrale allant de l’infrarouge aux rayons X durs et dessert une communauté internationale dans de nombreux domaines scientifiques, notamment la physique, la science des matériaux, la chimie et la biologie. Le rayonnement est produit par des seaux d’électrons de 2,75 GeV traversant des aimants de courbure et des dispositifs magnétiques périodiques appelés dispositifs d’insertion constitués d’électroaimants ou le plus souvent d’aimants permanents. Pour couvrir un large domaine spectral notamment dans les Rayons X Mous, la plupart des lignes de lumière sont équipées de deux dispositifs d’insertion. La demande croissante de luminosité photonique a poussé la plupart des Synchrotrons présents dans le monde à proposer de nouvelles sources lumineuses ou à faire évoluer leurs propres anneaux de stockage. En 2017, SOLEIL a lancé un projet de mise à niveau des accélérateurs et des lignes de lumière. Le Synchrotron est actuellement en phase d’étude de faisabilité pour diminuer l’émittance horizontale avec l’objectif d’atteindre un gain de deux ordres de grandeur en luminosité photonique avec un nouvel anneau de stockage très compact. Cependant, l’augmentation du nombre d’aimants de guidage a conduit à une réduction de l’espace dédié à l’insertion (entre 30 % et 50 %) et pour délivrer une large gamme spectrale aux lignes de faisceau d’insertion, des solutions innovantes ont été entreprises. Le Groupe Magnétisme et Dispositifs d’Insertion de SOLEIL étudie actuellement la possibilité de construire des dispositifs d’insertion à large domaine spectral. Dans le domaine VUV, un onduleur de 5 mètres de long à grande période sera étudié et prototypé alors que dans le domaine des X mous deux solutions techniques sont envisagées. D’un côté, Dispositif d’insertion DUAL composé de deux dispositifs d’insertion indépendants utilisés alternativement au moyen d’une plate-forme mobile. D’autre part, SOLEIL a également prévu d’étudier un système magnétique capable de passer d’une périodicité magnétique à sa triple valeur. Les deux solutions visent à fournir des photons dans une large gamme spectrale.

Travail de thèse de doctorat

Le candidat retenu rejoindra le Groupe Magnétisme et Dispositifs d’Insertion et sera formé sur les mesures magnétiques des dispositifs d’insertion, l’utilisation de logiciels spécifiques magnétiques (code RADIA ou TOSCA3D) et de rayonnement (SRW ou SPECTRA).

Dispositif d’insertion pour photons polarisés VUV

Il/Elle concentrera ses travaux dans un premier temps sur l’étude d’un onduleur dédié à la ligne de lumière DESIRS fonctionnant entre 5 eV et 40 eV. Le candidat proposera une conception magnétique en accord avec les besoins expérimentaux (gamme spectrale, puissance rayonnée, taux de polarisation) et évaluera les performances magnétiques, optiques et l’impact sur la dynamique du faisceau d’électrons, en particulier la focalisation/défocalisation supplémentaire agissant sur l’électron paquets, couplage bêtatron et battement bêta. Il/Elle prendra en charge un prototype de l’onduleur sera impliqué dans les études mécaniques, notamment en estimant les forces magnétiques agissant entre les réseaux magnétiques qui génèrent des déformations mécaniques du cadre et des poutres et en évaluant les performances des moteurs pour déplacer les réseaux afin de modifier le énergie photonique ou polarisation.

Dispositif d’insertion pour Soft X-Rays photons polarisés

Des dispositifs d’insertion dédiés aux photons polarisés des rayons X mous sont prévus pour être installés dans une section droite de 4,2 m de long (7 mètres sur le synchrotron SOLEIL actuel). Pour continuer à couvrir la gamme spectrale actuelle et plus large avec des dispositifs d’insertion plus courts, des dispositifs d’insertion à deux périodes sont à étudier : les onduleurs DUAL et les onduleurs bi-périodiques.

DOUBLE onduleur

Les onduleurs DUAL sont constitués de deux dispositifs d’insertion indépendants conventionnels qui peuvent être commutés de l’un à l’autre par un changement de position latéral. Le principal défi reste la précision du positionnement de chaque dispositif d’insertion qui peut impacter les performances magnétiques du système. En fonction des besoins expérimentaux et des contraintes techniques, le candidat proposera une conception magnétique en définissant la valeur de la période, le nombre de périodes, le champ magnétique et évaluera le flux dans le spectre et le taux de polarisation requis. Le candidat estimera également les forces magnétiques, la déformation mécanique et l’impact sur le champ magnétique et les performances optiques. Un prototype utilisant le présent 1. Un chariot de 6 mètres de long est en phase de construction avec pour objectif de vérifier la précision de la position latérale et d’évaluer l’impact d’un mauvais positionnement sur les performances optiques et sur la dynamique du faisceau. Il/Elle mesurera et proposera des corrections magnétiques avec un banc dédié. Après qualification, le prototype sera suivi d’une étude et d’une construction à grande échelle.

Ondulateur bi-périodique

Les onduleurs bi-périodiques sont des dispositifs uniques constitués d’un agencement d’aimants spécial permettant de commuter la périodicité magnétique d’une valeur de période à sa valeur triple au moyen du déplacement longitudinal des réseaux d’aimants. Cet onduleur est un dispositif d’insertion compact et innovant bien adapté aux sections rectilignes spatialement limitées et pouvant fonctionner alternativement avec deux périodicités magnétiques pour étendre le domaine spectral. Le candidat proposera une conception magnétique et évaluera les performances magnétiques, l’impact sur la dynamique du faisceau, les performances spectrales.

Il/Elle comparera les performances magnétiques et optiques d’un dispositif d’insertion mono-périodique et d’un onduleur DUAL. Il/Elle prendra en compte les contraintes techniques réalistes liées à l’opération telles que la quantité de puissance captée par l’équipement de la chambre à vide ou de l’anneau de stockage ou l’effet sur le faisceau d’électrons. Il/elle mesurera et corrigera les deux systèmes avec un banc dédié avec un objectif de qualification qui sera suivi par la construction d’un dispositif d’insertion grandeur nature qui sera exploité pour une ligne de lumière dédiée.

Banc magnétique

L’onduleur proposé pour les lignes de lumière DESIRS et Soft X-Ray est un nouveau dispositif d’insertion, très compact, sans aucun accès latéral pour mesurer le champ magnétique. Ces dispositifs d’insertion ne peuvent pas être mesurés avec les bancs actuels utilisés au laboratoire. Le candidat proposera et étudiera un banc magnétique capable de mesurer un champ dans un espace réduit.

Rendez-vous

1er novembre 2022 – 30 octobre 2025

Contact

Dr Olivier Marcouillé

Olivier.marcouille@synchrotron-soleil.fr

Caractéristiques de l'emploi

Catégorie emploiDoctorat

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