Thèse soutenue

Effets de diffusion multiples sur la dynamique et le rayonnement des particules chargées rapide dans les cristaux. Les transitoires dans le réacteur à ondes de combustion nucléaire.

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Auteur / Autrice : Alex Fomin
Direction : Achille StocchiMykola Shulha
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique des accélérateurs
Date : Soutenance le 22/09/2017
Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE) en cotutelle avec Université Nationale de V.N Karazin de Kharkiv (Ukraine)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
Laboratoire : Laboratoire de l'accélérateur linéaire (Orsay, Essonne ; 1969-2019)
Jury : Président / Présidente : Fabien Cavalier
Examinateurs / Examinatrices : Achille Stocchi, Mykola Shulha, Fabien Cavalier, Ulrik Ingerslev Uggerhøj, Konstantin Mikityuk, Alexander Korchin
Rapporteurs / Rapporteuses : Ulrik Ingerslev Uggerhøj, Konstantin Mikityuk

Résumé

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Les effets cohérents dans l’interaction des particules à haute énergie avec les cristauxouvrent de nouvelles opportunités d’accélération et détection de particules. Les champs électromagnétiquesefficaces présents dans les cristaux qui se présentent dans ce cas peuvent dépassermille fois les champs qui sont maintenant réalisables dans les installations expérimentales.La première partie de la thèse est consacrée à l’étude théorique des effets de diffusion multiples surla dynamique et le rayonnement des particules chargées de haute énergie dans les cristaux. L’undes objectifs de cette étude est de trouver des conditions optimales pour effectuer la mesure dumoment magnétique anormal du baryon Lamda au LHC. En raison de la courte durée de vie de cetteparticule, le seul moyen de fournir une telle mesure est d’utiliser un cristal courbé, qui peut imiter lechamp magnétique de l’ordre de milliers de Tesla.L’optimisation des paramètres du set up expérimental a été réalisée sur la base de la simulation parordinateur du passage du Baryon Lamda à travers un cristal courbé à l’aide du modèle de collisions binaires, entenant compte de la diffusion incohérente sur les vibrations thermiques des atomes des noeuds enréseau et de la diffusion sur un sous-système électronique d’un cristal. Les résultats de la recherchemenée dans la thèse démontre la possibilité d’effectuer une telle expérience au LHC et sont devenusla base de la proposition correspondante.Les effets de diffusion multiple des électrons ultra relativistes et le rayonnement des positons dansles cristaux alignés sont également considérés dans la première partie de la thèse.Il est également démontré que la distribution angulaire spectrale et les caractéristiques de polarisationdu rayonnement diffèrent essentiellement des résultats de la théorie de Bethe–Heitler. Lesconditions d’observation expérimentale de ces effets sont présentées.La deuxième partie de la thèse est consacrée à l’étude des processus transitoires des réacteursrapides fonctionnant dans un régime d’onde de combustion nucléaire auto-entretenue (OCN). C’estun nouveau concept de réacteurs de fission nucléaire avec la soi-disant “sécurité intrinsèque”, danslaquelle le développement d’une réaction nucléaire à chaîne incontrôlable est impossible en raisondes principes physiques du fonctionnement du réacteur. Les concepts prometteurs du réacteur OCNdans le cas de sa mise en œuvre permettent d’utiliser l’uranium appauvri et fournit le traitement desdéchets radioactifs à longue durée de vie.Cette étude est basée sur la résolution numérique de l’équation de diffusion non linéaire non stationnairedu transport de neutrons avec un ensemble d’équations de combustion pour les composantsdu carburant et les équations de la cinétique nucléaire pour les noyaux précurseurs des neutronsretardés, en utilisant une approche “effective multigroup”. Le modèle du réacteur cylindrique homogèneavec le combustible métallique des cycles de carburant U–Pu, Th–U et mixte Th–U–Pu estconsidéré dans le cadre du concept de flambage.À la suite de ces études, l’existence du mode OCN dans le cas du combustible mixte Th–U–Puet de ses avantages essentiels est démontrée; l’analyse détaillée d’un type spécial de rétroactionnégative inhérente au régime OCN et sous-jacente à la “sécurité intrinsèque” d’un tel réacteur esteffectuée; les scénarios d’un démarrage en douceur, d’un arrêt forcé et d’un redémarrage ultérieurdu réacteur OCN sont développés.