Développement d'un nouveau concept de cible pour faisceau de protons au CERN/ISOLDE
Auteur / Autrice : | Mélanie Delonca |
Direction : | François Peyraut, Ghislain Montavon, Thierry Stora |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Mécanique |
Date : | Soutenance le 04/12/2015 |
Etablissement(s) : | Belfort-Montbéliard |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : IRTES. M3M |
Etablissement de préparation : Université de technologie de Belfort-Montbéliard (1999-....) | |
Organisation de Recherche : Centre européen pour la recherche nucléaire | |
Jury : | Président / Présidente : Daniel Morvan |
Examinateurs / Examinatrices : Manuel François | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Morvan, Zhi-Qiang Feng |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Résumé
Le sujet de cette thèse est le développement d'une cible liquide haute puissance capable de gérer les contraintes liées a un impact de faisceau de protons de haute puissance (de l'ordre du GW en quelques ms) tout en optimisant la production d'isotopes a court temps de demi-vie (ici, l'intérêt se porte sur du Mercure, de temps de demi vie 130 ms). L'objectif est d'améliorer l'extraction des particules élémentaires d'intérêt pour les physiciens une fois celles-ci créées. La thèse a été principalement préparée au CERN (Genève, Suisse). De plus en plus, la puissance des faisceaux primaires envoyés sur les cibles augmente jusqu'à atteindre plusieurs centaines de kiloWatt, créant ainsi de nouvelles problématiques et de nouveaux défis. De nouveaux concepts de cibles ont ainsi vu le jour. Parmi eux, une boucle liquide utilisant du Plomb Bismuth Eutectic (LBE) comme matériau de cible, et dans lequel un échangeur de chaleur et une pompe sont intégrés, a été proposée durant la phase de développement du projet EURISOL. Ce concept prévoit de plus de transformer le liquide irradié sous forme degouttes de manière à faciliter l'extraction des isotopes créés et ainsi d'augmenter la production d'isotopes à court temps de demi-vie. Cette thèse présente le développement de ce design. Un prototype a été développé et sera testé sous faisceau de protons à ISOLDE au CERN. Plusieurs outils analytiques pour l'étude et la conception de cible haute puissance sont proposés, prenant en considération divers paramètres de design. Ces outils peuvent être utilisés pour d'autres cibles haute puissance et permettent un dimensionnement simple de ce genre de cible. De plus, un design innovant d'échangeur de chaleur est présenté, permettant d'extraire une puissance constante pour différentes températures de LBE. Le design proposé est validé grâce à divers outils numériques et analytiques. De plus, des tests expérimentaux ont été réalisés pour valider la faisabilité de douche. Des gouttes de 400 um ont été obtenues. La cible proposée est la première combinant l'utilisation d'une chambre de diffusion où la douche est créée, avec une pompe et un échangeur de chaleur. Les concepts avancés peuvent être utilisés pour ledéveloppement de cibles similaires dans d'autres instituts.