Propositions de stages à pourvoir
Production et caractérisation d’une électrode intégrée d’un détecteur sphérique gazeux pour la recherche des événements rares
Niveau : M2-M1
Formation souhaitée : Physique; Détecteur, Électronique
Encadrant(s) : Ali Dastgheibi fard et Olivier Guillaudin (service service ultra basse radioactivite)
Durée du stage (mois) : 3
Poursuite en thèse : non envisagée
Descriptif : Le Laboratoire Souterrain de Modane (LSM) est une Infrastructure de Recherche (IR) du CNRS, rattachée administrativement au LSPC, à l’UGA et au CNRS. Il a été creusé en 1982. Le LSM est situé sous les Alpes, plus précisément au kilomètre 6.3 du tunnel routier de Fréjus qui relie l’Italie et la France. Situé à 1228m d’altitude, il est protégé par 1780 m de roches, l’équivalent de 4800 m d’eau. Il héberge différentes expériences de physique fondamentale :
- pour la recherche de neutrino : les expériences SuperNemo, TGV et BINGO (en cours de construction)
- pour la recherche de la matière noire : les expériences DAMICM, SEDINE (Collaboration NEWS-G utilisant des détecteurs sphériques gazeux).
Le détecteur sphérique, comme son nom l’indique, est constitué d’une enceinte sphérique en métal ou d’autres matériaux. Celle-ci est reliée à la masse. Au centre, l’anode qui est une bille. Elle est reliée à la haute tension. Les mêmes câbles sont utilisés pour la relier au système d’acquisition qui est composé d’un filtre électronique et un preamplificateur de charges.
L’avantage du détecteur sphérique est sa très faible capacité intrinsèque (~ 1 pF). La longueur des câbles utilisés pour relier la bille à l’électronique qui se trouve à l’extérieur de la sphère augmente la capacité parasite et donc le bruit électronique.
Nous envisageons d’intégrer l’ensemble (ou une partie) du système d’acquisition y compris l’ADC au plus proche de l’électrode central, par exemple dans son support afin de réduire la capacité parasite de liaison.
Le sujet du stage porte sur la conception de cette électrode intégrée et sa caractérisation dans le détecteur sphérique prévu pour la recherche des événements rares. Il pourra également porter sur les tests prélimnaires sur table d’un nouveau préamplificateur CMOS bas bruit très prometteur pour ce genre d’application.
La partie expérimentale du stage consiste à :
- évaluer le dimensionnent des composants appropriés
- concevoir l’électrode intégrée
- tester le dispositif conçu dans le détecteur
- caractériser la tension appropriée pour optimiser la résolution en énergie
La partie simulation du stage consiste à :
- modéliser l’électrode (partiellement réaliser par le stagiaire de l’année précédent)
- simuler le champ électrique dans le détecteur (partiellement réaliser par le stagiaire de l’année précédent)
Compétences requises :
- le goût de l’expérimentation
- la notion de modélisation de la méthode des éléments finis (certainement le programme COMSOL Multiphysics)
- la maitrise de l’anglais écrit/oral
- le travail en équipe
Commentaire : Lieu du stage :
LPSC_LSM Modane et Grenoble
(Nous vous aiderons pour l'obtention du logement à Modane)
Responsables du stage :
Ali DASTGHEIBI-FARD ali.dastgheibi-fard@lpsc.in2p3.fr 04.79.05.54.55
Olivier Guillaudin olivier.guillaudin@lpsc.in2p3.fr 04.76.28.40.31
Date de la proposition : 2024-02-14
Etude du plasma de quarks et de gluons et de l'interaction forte par l'analyse de la structure de jets lourds dans les collisions de noyaux ultra-relativistes, avec l'expérience ALICE au LHC
Niveau : M2
Formation souhaitée : M2-PSC
Encadrant(s) : Julien Faivre et Aimeric Landou (équipe ALICE)
Durée du stage (mois) : 4
Période du stage : 1r Mars - 30 Juin
Poursuite en thèse : oui
Descriptif : Les expériences menées sur les accélérateurs RHIC et LHC ont montré que lorsque l'on crée, par collisions de noyaux ultra-relativistes, un volume contenant une densité d'énergie suffisamment grande, un plasma de quarks et de gluons (QGP) est formé : un milieu dense dans lequel les quarks et gluons sont déconfinés, analogue pour l'interaction forte d'un plasma électromagnétique.
ALICE est l'expérience dédiée à l'étude du QGP installée sur le collisionneur LHC du CERN. Les collisions Plomb-Plomb permettent, après comparaison avec les collisions de référence proton-proton et proton-Plomb, d'étudier de manière quantitative les propriétés du QGP et de l'interaction forte. Les particules et jets de particules de très grande énergie, produits en grande quantité au LHC, permettent de sonder le milieu formé à la manière d'une tomographie, afin de confronter l'expérience et les calculs théoriques basés notamment sur la chromodynamique quantique (QCD, théorie de l'interaction forte).
Le cadre du travail proposé dans le groupe ALICE du LPSC sera la compréhension de l'interaction entre quark et QGP par l'analyse de la façon dont un quark lourd se fragmente en un jet en traversant le milieu déconfiné, pour poser des contraintes sur les modèles théoriques. Ces mesures permettront de mieux comprendre l'interaction des quarks lourds avec le QGP, et de caractériser les propriétés à la fois de ce dernier et de l'interaction forte.
Des techniques d'analyse de la structure des jets ont vu le jour récemment au LHC, et ont permis des progrès substantiels dans la description de l'hadronisation d'un jet. Lors de ce stage de Master-2, ces techniques seront utilisées sur les données du run-III du LHC qui sont en cours d'acquisition : l'augmentation conséquente du nombre de collisions enregistrées permettra de coupler ces techniques pour la première fois avec un étiquetage de la saveur du quark ayant généré le jet par identification du hadron charmé ou beau que celui-ci contient. La conception de l’algorithme d’étiquetage se fera dans les prochains mois, et la.le stagiaire pourra y contribuer.
Ce stage de Master-2 en Physique subatomique pourra déboucher vers une poursuite en thèse, lors de laquelle l'étudiant.e qui nous rejoindra sera amené.e à participer aux prises de données au CERN et à la poursuite des analyses de physique en collaboration avec les autres membres de la collaboration ALICE ainsi qu’avec des théoricien.ne.s.
Date de la proposition : 2024-10-15
Modélisation d’un détecteur pixellisé à base de diamant pour le monitorage faisceau en radiothérapie et/ou imagerie utilisant des sources X innovantes
Niveau : Master 2
Formation souhaitée : Physique médicale, physique nucléaire
Encadrant(s) : Jayde Livingstone et Marie-Laure Gallin-Martel (équipe Physique nucleaire et Applications Medicales)
Durée du stage (mois) : 6
Période du stage : février-août
Poursuite en thèse : oui
Descriptif : Contexte et objectifs
Certains programmes de recherches innovants en radiothérapie et imagerie médicale, initialement confinés aux sources synchrotron, telles que la radiothérapie par microfaisceau (MRT) et l'imagerie par contraste de phase (PCI), sont en voie de transfert aux sources de lumières compactes ou aux plateformes d’irradiation de petits animaux.
Les équipes de PNAM (LPSC) et STROBE ont développé un détecteur à micro pistes (153), de grande surface (4,5 mm x 40,5 mm), basé sur le diamant pour le monitorage du faisceau MRT et la dosimétrie de transit. Il a été testé à l'ESRF, au Synchrotron Australien de Melbourne et auprès de l’irradiateur SARRP du Grenoble Institut de Neurosciences (GIN). Aux sources synchrotron, le faisceau est quasi-unidimensionnelle dû à sa hauteur limitée à quelques mm. Afin de couvrir le cible (PTV), le patient est balayé verticalement dans le faisceau, et les pistes (une matrice linéaire de pixels rectangulaires) suffisent pour monitorer le faisceau.
Un programme de recherche en MRT est actuellement en développement au plateforme SARRP au GIN. Le faisceau de traitement sera deux-dimensionnelle, et nécessitera un moniteur de faisceau pixelisé (2D) afin de surveiller toutes les propriétés de faisceau (taille de faisceau, homogénéité, débit de dose) cliniquement pertinents. Des sources compactes, telles que ThomX (Orsay), et un tube à rayons X innovative de haut débit de dose développé à Technische Universität München (TUM) ont aussi des programmes de recherche en MRT et imagerie et ont manifesté un intérêt/besoin pour un tel moniteur de faisceau.
L'objectif global du projet, dans le cadre duquel ce stage de master 2 est proposé, est de développer, fabriquer et caractériser un détecteur pixélisé à base de diamant pouvant couvrir de grandes surfaces pour le monitorage du faisceau dans le cadre d’études médicales et biologiques auprès de sources de lumière compactes et/ou d’irradiateurs pour petits animaux.
Travail du stage
L’objectif du stage est, dans un premier temps, de modéliser et simuler la réponse d’un détecteur diamant pixélisé dans des faisceaux de rayons X pertinents au SARRP et aux sources compactes citées, avec pour but d’évaluer l’épaisseur optimale du diamant (minimale perturbation au faisceau mais donnant lieu à un signal exploitable) et d’optimiser la géométrie de pixels. Basé sur les résultats de ces simulations, ainsi que des résultats provenant des expériences précédents utilisant le détecteur à micropistes au SARRP, un prototype du détecteur 2D sera fabriqué sur un unique wafer de diamant (4,5 x 4,5 mm²). Comme il est prévu de réutiliser une carte d’acquisition ayant 8 canaux de lecture d’un projet achevé, le premier prototype sera probablement basé sur une géométrie de 2x2 ou 3x3 (un pixel non-lu) pixels. Les simulations de Monte Carlo seront réalisées avec le code GATE. L’étudiant.e aura à sa disposition des codes existant, bien qu’ils nécessiteront quelques modifications relatives aux sources et les géométries du détecteur et de l’irradiation. La caractérisation du prototype sera effectuée grâce aux bancs test (caractérisation électrique ou IV, spectroscopie alpha) au LPSC, et idéellement au SARRP. L’étudiant.e devrait travailler en collaboration étroite avec les ingénieurs des services détecteurs et électroniques afin de proposer des géométries de pixels réalistes.
Commentaire : L’étudiant ou l’étudiante devra avoir un goût pour l’instrumentation, la programmation et l’analyse de données (python ou C++). Une expérience antérieure avec la simulation Monte Carlo sera un atout mais n’est pas obligatoire.
Possibilité de poursuivre en thèse, sur un financement assuré sur ce sujet (LabEx GIMED).
Date de la proposition : 2024-10-18
Sensitivities of time dependent simulations coupling neutron transport and reactivity control
Niveau : M2
Formation souhaitée : Ingénieur Génie Nucléaire
Encadrant(s) : Adrien Bidaud (équipe Physique des Reacteurs)
Durée du stage (mois) : 5
Période du stage : printemps-été
Poursuite en thèse : oui
Descriptif : Propagation of uncertainty is key to the qualification of computation tools used for nuclear reactor’s design and safety analysis. This propagation can rely on the multiplication of the uncertainty on input parameters by “sensitivities”, basically derivative of the outputs with the imputs. A large base of references exists to discuss the calculation of those sensitivities using the famous Generalised Perturbation Theory [1], and its various implementations in Monte Carlo [2] and Deterministic codes. The theory [3] of time-dependent sensitivities is more complex as it involves the joint effects of cross section perturbations on isotopes concentrations evolutions and the feedback of those perturbations on the flux spectrum as well as the flux normalization with reactor power. It also well known since the 80’s even though much less often implemented until relatively recently. Even more rare is the implementation of the “k-reset” mechanism, ie take into account the fact that the “real” reactor will not see its criticality change because its operation at constant power relies on the use of “reactivity” control systems, such as boron concentration in PWR or other systems such as control rods. All those effects combine between them and affect the propagation of sensitivities with time in almost impossible to predict ways.
For the preparation of Fuel conversion of the ILL requires a high-density Low Enriched Uranium (LEU) fuel that can match the present High Enriched Uranium (HEU) performance. High-density LEU fuel made of a uranium-molybdenum alloy, at 8g/cm3, is therefore a promising candidate but not qualified yet. Moreover, the high loaded uranium silicide alloy, at 4.8g/cm3 or higher, is an alternative that is considered as a backup for the RHF conversion. With LEU, more U238 would be in the core, and then more . Furthermore, those perturbations as well as limited geometry changes will impose the use of different reactivity control systems. A previous PhD [4] was dedicated to the implementation of Williams’ theory in a more modern set of tools that connect a Monte Carlo solution from Serpent 2 with a dedicated evolution solver and all the scripts needed to demonstrate that the change on global uncertainty on reactor operation and performance indicators would be limited. Those tools were applied to the ILL case. A lot of very interesting physics was observed given the many compensation effects observed between evolution, spectrum, flux normalization and reactivity control feedbacks.
The objectives of this project is to use the existing tools that were applied to very few geometries (PWR pins, Na-SFR pins, ILL reactor with reactivity control) so as to apply them to other reactors, and apply new reactivity controls. More specifically we think about :
- Control of PWR reactivity with boron concentration
- Control of Na- FR with the equivalent of control rods materials
- Another application could be Molten Salt Reactors, for which specific reactivity controls are anticipated.
Today, the tools are limited to very simple geometries (cylinders in cylinders). An optional part of the work could be to extend
Expected Outcomes
1/ Contributions to OECD / UAM benchmarks to confirm the validation of the tools.
2/ Application of the tools to classical geometries
3/ Application of the tools to advanced reactors
4/ Optionnal =developments to extend the geometry capabilities of the tool.
Bibliography
[1] A generalized perturbation method for bi-linear functionals of the real and adjoint neutron fluxes A Gandini - Journal of Nuclear Energy, 1967
[2] M. L.Williams,Development of depletionperturbation theory for coupled neutron/nuclide fields, Nuclear Science and Engineering, vol.70, no. 1,pp.20–36,1979.
[2]“A collision history-based approach to sensitivity/perturbation calculations in the continuous energy Monte Carlo code SERPENT”, Manuele Aufiero et al. , Annals of Nuclear Energy, 2015, https://doi.org/10.1016/j.anucene.2015.05.008.
[3] Understanding Total Monte Carlo uncertainty propagation in burn up calculations with generalized perturbation theory. A. Bidaud et al. Nuclear Data Conference 2016, https://www.researchgate.net/publication/317951330_Understanding_Total_Monte_Carlo_uncertainty_propagation_in_burn_up_calculations_with_generalized_perturbation_theory
[4] D. Portinari, https://theses.fr/2022GRALI061
Key-words: Neutronics, Nuclear Data sensitivity, Uncertainty analysis, Monte Carlo, Perturbation Theory.
Profile: Candidates must have a background in Reactor Physics, with a demonstrated knowledge of Neutron Transport and Reactor Kinetics. Some experience in Monte Carlo codes would be an asset. A PhD project, may be offered at the end of this Master project.
Date de la proposition : 2024-10-23
Measurement of the neutrino oscillation parameters: analysis of the ProtoDUNE data and determination of DUNE’s sensitivity
Niveau : M2
Formation souhaitée : Physique
Encadrant(s) : Steven Calvez et Jean-Sebastien Real (équipe Neutrinos)
Durée du stage (mois) : 4
Poursuite en thèse : oui
Descriptif :
Despite being the most abundant particles of matter in the Universe, neutrinos remain some of the most mysterious elementary particles of the Standard Model. They barely interact with matter, which makes detecting and measuring their fundamental properties very challenging. Since their discovery in 1956, neutrinos have been found to exist in three flavors (electron, muon, and tau neutrinos), and that they can oscillate from one flavor to another. The observation of neutrino oscillations proved neutrinos have masses, which the Standard Model does not predict. However, we still don’t know what their absolute masses are, or even what the neutrino mass ordering is, i.e. which mass eigenstate is the lightest. We also don’t know precisely the values of the parameters governing neutrino oscillations. The mixing angle θ23 could reveal an unexplained symmetry in the muon and tau contributions to the mass eigenstate ν3. Measuring the CP-violating phase δCP could help explain the asymmetry between matter and antimatter observed in the Universe today. The Deep Underground Neutrino Experiment aims to tackle those major open questions in neutrino physics.
Because of the neutrinos’ elusive nature, their study requires powerful neutrino sources and large detectors. DUNE will use the LBNF accelerator complex at Fermilab to produce a high-intensity muon neutrino (or antineutrino) beam, aimed toward the Sanford Underground Research Facility. Neutrinos will travel 1300 km through the Earth before being detected by four 17 kton (60x12x12 m3) Liquid Argon Time Projection Chambers (LAr TPC). These large detectors are located 1.5 km underground, at SURF, to be shielded against cosmic muons. The LAr TPC technology will allow the detection of neutrino interactions with high resolution and allow the reconstruction of individual tracks in order to identify the flavor of the incoming neutrino, as well as its energy. Indeed, the probability for a muon neutrino to survive as a muon neutrino or to appear as an electron neutrino after having traveled through the Earth depends on the oscillation parameters. In addition, these probabilities differ between neutrinos and antineutrinos. Therefore, by measuring the disappearance of muon (anti)neutrinos and the appearance of electron (anti)neutrinos it is possible to determine the value of θ23, the neutrino mass ordering, and the value of the CP-violating phase δCP .
DUNE is scheduled to start taking data in 2027. Before then, this experimental strategy, unprecedented in its size, is being tested by two prototypes at CERN: ProtoDUNE Vertical and Horizontal Drift. France, and in particular the LPSC group, composed of five researchers and one postdoc, is heavily involved in the Vertical Drift technology. ProtoDUNE Vertical Drift will be operational in late 2024. The data it will acquire will allow us to characterize the detector’s performance and to perform the first physics studies. The student will have the opportunity to analyze the first data of ProtoDUNE Vertical Drift. The Vertical Drift technology should account for more than half of DUNE’s final fiducial mass. The lessons drawn from this work could then be used to estimate DUNE’s expected sensitivity more accurately. These activities may then be pursued in a Ph.D thesis.
Commentaire : For more information, please contact Steven Calvez (calvez@lpsc.in2p3.fr) and Jean-Sébastien Real (real@lpsc.in2p3.fr).
Date de la proposition : 2024-11-08
Beam Dynamics for High-Power Linear Accelerators
Niveau : M1-M2
Formation souhaitée : Physics or applied mathematics
Encadrant(s) : Adrien Placais et Frederic Bouly (service Pole Accelerateurs et Sources d'Ions)
Durée du stage (mois) : 4
Période du stage : Avril -> Septembre, durée et période adaptables
Poursuite en thèse : non envisagée
Descriptif : 1. Missions
The intern will conduct research to improve the reliability of high-power linear accelerators (linacs). The main objective is to develop new cavity failure compensation methods, which involve retuning the accelerating cavities neighboring a failed one. This concept, originally developed for Accelerator-Driven Systems (ADS) such as MYRRHA, is now being considered for all types of linacs, particularly for SPIRAL2 in Caen, France. In this context, travel to the GANIL laboratory in Caen is anticipated.
2. Activities
The work will be conducted under the supervision of two researchers from the Pôle Accélérateurs et Sources d’Ions at LPSC, Grenoble, France, and in collaboration with the teams operating the SPIRAL2 linac. It will involve the use of LightWin, an open-source Python code developed at LPSC Grenoble to automatically find compensation settings for any given accelerating cavity failure in a linac. The intern may need to engage in code development for LightWin. The missions will include:
• Refining existing cavity failure compensation methods, particularly to maintain high longitudinal acceptance.
• Implementing new beam dynamics tools that account for space-charge effects, enabling more accurate modeling of the SPIRAL2 beam.
• Developing new optimization algorithms to manage scenarios with a large number of compensating cavities, such as full cryomodule or global compensation strategies.
According to the intern’s skills, the research subject will be oriented toward the development of new optimization algorithms (for mathematicians) or compensation methods and beam dynamics tools (for beam physicists).
3. Skills
• A Master 1 (M1) in physics or applied mathematics is expected.
• Basic programming knowledge (Python, Git) would be an advantage.
• Knowledge of beam dynamics or multi-objective optimization methods would be a significant asset.
• Proficiency in written English is required.
• The ability to work effectively in a multidisciplinary team is essential.
• Candidates should be proactive, autonomous, organized, and open-minded.
Commentaire : Contact: placais@lpsc.in2p3.fr | LightWin: https://github.com/AdrienPlacais/LightWin | Bibliography : A. Plaçais et al., “Automatic retuning of superconducting linacs using LightWin,” in Proc. 32nd Linear Accelerator Conf. (LINAC24) (invited), Chicago, IL, USA: JACoW Publishing, Geneva, Switzerland, 2024. doi: 10.18429/JACoW-LINAC2024-THXA001.
Date de la proposition : 2024-11-12
Chasse aux fantômes dans les premières images de l'observatoire Vera C. Rubin
Niveau : M2
Formation souhaitée : M2 Astro/Cosmo/Particules
Encadrant(s) : Johan Bregeon (équipe cosmologie observationnelle)
Durée du stage (mois) : 4
Période du stage : Mars à Juin 2025
Poursuite en thèse : oui
Descriptif : L'observatoire Vera C. Rubin, installé sur le Mont Pachon au Chili, s'apprête à réaliser la cartographie la plus détaillée de l'ensemble du ciel austral pendant une durée de 10 ans. Pour cela, l'observatoire est équipé d'un télescope à très grand champ de vue, plus de 27 fois la lune, et de la plus grande caméra numérique au monde : 3,2 milliards de pixels. L'observatoire réalise cet automne ses premières images sur le ciel avec la caméra de commissioning afin notamment d'avancer sur la mise au point du système d'optique active. Les nombreuses images de grande qualité déjà acquises montrent à la fois la présence d'images fantômes dues aux étoiles brillantes du champ et les limites des algorithmes d'estimation du fond de ciel paramétrés sur les simulations.
Le travail de stage consistera à étudier les fantômes présents dans les images de la caméra de commissioning, avec pour but l'amélioration des méthodes correctives, ce qui passera par la production simulations optiques avec les logiciels de l'observatoire. L'activité pourra être étendue aux algorithmes de soustraction de fond de ciel, et si, elles sont disponibles, aux premières images de la grande caméra sur le ciel. Les développements logiciels se feront essentiellement en python (astropy, numpy, pandas) et inclueront l'apprentissage des outils de contrôle de version décentralisée (git).
Le stage se déroulera au sein de l'équipe de Cosmologie Observationnel du LPSC à Grenoble. Les thématiques de recherche de l'équipe couvrent l'étude des rayons cosmiques, la cosmologie multi-longueurs d'onde avec les amas de galaxie et l'étude des phénomènes transitoires dans un cadre multi-messagers, ainsi que la cosmologie dans le domaine millimétrique. Le sujet de recherche proposé dans le cadre du stage pourra le cas échéant faire l'objet d'un travail de thèse, et comportera alors un volet sur l'étude des sursauts gamma orphelins en optique avec l'observatoire Vera C. Rubin.
Pour plus d'information ou pour candidater veuillez me contacter par courrier électronique : bregeon@in2p3.fr
Date de la proposition : 2024-11-15
Calcul de la dose pendant une irradiation de type AB-BNCT (Accelerator Based- Boron Neutron Capture Therapy)
Niveau : M2
Formation souhaitée : Nucléaire M2
Encadrant(s) : Sebastien Chabod et Eduardo Daniel Santos (équipe Physique des Reacteurs)
Durée du stage (mois) : 4
Poursuite en thèse : oui
Descriptif : La thérapie par capture de neutrons sur le Bore (Boron Neutron Capture Therapy - BNCT) est une technique de radiothérapie qui utilise un champ de neutrons épithermiques intense pour traiter des tumeurs profondes et/ou diffuses. Avant traitement, les patients absorbent une molécule vectrice de Bore-10 (BSA ou BSH), un composé qui passe dans le sang et se fixe préférentiellement sur les cellules cancéreuses. Le Bore-10 a une section de capture neutronique élevée, ~3800 barns à 0,025 eV. Lors d’une capture, il se divise en 2 noyaux, 4He et 7Li, qui transportent entre 2,3 MeV et 2,78 MeV d’énergie. Ces particules chargées lourdes s'arrêtent après un court trajet (~5-8 µm), déposant la plupart de leur énergie dans les cellules cancéreuses, les détruisant.
Une certaine quantité de Bore-10 reste cependant dans le sang du patient, ce qui entraîne une exposition indésirable des tissus sains soumis au champ de neutrons. De plus, les particules secondaires, qui se propagent dans l'unité de traitement, neutron et gammas issus de captures neutroniques, induisent une exposition potentiellement dommageable, qui doit être réduite au minimum.
Pour assurer la radioprotection des patients et des opérateurs lors des traitements, il faut donc : (i) mesurer en temps réel l’intensité du champ neutronique produit par la réaction nucléaire sur la cible aux différents endroits concernés, et évaluer les doses déposées ; (ii) optimiser le spectre en énergie et l’extension spatiale du champ de neutrons utilisé pour le traitement.
Les objectifs du stage proposé sont en lien avec ces défis. Le candidat devra :
1) calculer les doses déposées dans les différents organes d’un patient type, modélisé par un fantôme, en fonction de sa position dans le champ neutronique.
2) calculer la dose ambiante neutrons et gammas, en suivant les recommandations de l’AIEA.
3) mesurer le flux neutronique en sortie d’un modérateur à eau, en fonction de l’épaisseur de ce dernier et de la distance radiale à l’axe, avec le détecteur NFM (Neutron Flux Monitoring) développé par l’équipe MIMAC du LPSC, sur l’installation GENESIS du LPSC.
Date de la proposition : 2024-12-09
Développement d’un analyseur à retard de champ orientable pour la mesure de l’énergie des électrons produits par effet multipactor.
Niveau : M1, 2A EI
Formation souhaitée : Université, école d'ingénieur. Physique
Encadrant(s) : Julien Angot et Yolanda Gomez Martinez (service Pole Accelerateurs et Sources d'Ions)
Durée du stage (mois) : 3
Période du stage : Printemps, été 2025
Poursuite en thèse : non envisagée
Descriptif : Le pôle accélérateurs et sources d’ions du LPSC est spécialisé dans le développement d’instruments pour les accélérateurs de particules, l’étude des accélérateurs et l’exploitation de bancs expérimentaux.
Un des projets portés par l’équipe concerne la R&D sur le « multipactor » qui est un phénomène parasite d’avalanche électronique se produisant dans les éléments radio-fréquences des accélérateurs. En fonctionnement, cette décharge peut conduire à réduire les performances des cavités accélératrices et dégrader voire détruire les équipements. Lors de la mise en service des systèmes radio-fréquence, des cycles de conditionnement doivent également être effectués à cause du multipactor, allongeant la durée de mise en service de l’accélérateur.
L’étude du multipactor est par conséquent d’un intérêt majeur pour les installations telles que SPIRAL2 au GANIL (Caen, France) afin de mieux comprendre ce phénomène et le réduire. Pour cela, le pôle a développé un banc d’étude basé sur une ligne radio-fréquence coaxiale. Cette ligne est équipée de nombreux diagnostics tels que des sondes polarisées (utilisées pour estimer la densité électronique), jauges de pressions ou détecteurs optiques. Récemment, un « analyseur à retard de champ » (ou RPA) fixe a également été positionné afin de mesurer la dispersion en énergie des électrons. L’équipe souhaite maintenant étudier la distribution angulaire des électrons à l’impact sur la paroi et pour cela une nouvelle conception de RPA est nécessaire.
Le but du stage proposé consiste à concevoir ce nouvel RPA orientable. Pour cela l’étudiant réalisera tout d’abord une étude bibliographique des développements réalisés dans d’autres laboratoires, puis il simulera avec le logiciel Simion (ou Comsol) les configurations retenues en étudiant les différents paramètres de l’instrument (dimensions, potentiels appliqués, tolérances mécaniques) et en prenant en compte les contraintes (environnement sous vide, hautes tensions …). Finalement, l’étudiant participera à la conception de l’instrument et rédigera un compte rendu de ses travaux. Selon les possibilités, il pourra être conduit à participer à des expérimentations avec le RPA actuel.
Commentaire : Stage de plus longue durée possible
Date de la proposition : 2024-12-19
Mise à jour du banc de test des systèmes de régulation numérique d’alimentations de puissance
Niveau : BAC+2
Formation souhaitée : IUT électronique et informatique industrielle
Encadrant(s) : Damien Tourres (service Electronique)
Durée du stage (mois) : 2
Période du stage : entre mars et juin 2025
Poursuite en thèse : non envisagée
Descriptif : Le LPSC a conçu des carte de contrôle et de régulation numérique d’alimentation de puissance (70V, 1300A) pour les sources d’ions. Pour garder un haut niveau de disponibilité et permettre aux opérateurs de faire du dépannage rapide, nous avons développé un banc de test permettant de valider l’ensemble des fonctionnalités de la carte de contrôle et régulation.
La carte de régulation ayant été validées suite à des modifications apportées, le banc de test existant nécessite d’être modifié en conséquence. Ainsi il est nécessaire de retravailler le schéma et de reprendre le routage de cette carte « banc de test ». Le ou la stagiaire mènera les activités suivantes :
Activités durant le stage :
• Faire les adaptations schématique requises sur la version initiale (suppression des fonctions inutiles, corrections de bug, vérification des obsolescence composants)
• Modifier le layout de la carte et préparer les fichiers de fabrication
• Reprendre le logiciel embarqué du µC pour prendre en compte les modifications schématiques.
Compétences
• Savoir concevoir des schémas électronique
• Savoir réaliser un routage de carte électronique
• Savoir écrire un programme en C sur µC PIC18 (ressources limitées)
Durée : 8 à 10 semaines
Date de la proposition : 2024-12-19
Conception et test d’un détecteur rapide de proton pour le contrôle en
ligne de l’hadronthérapie
Niveau : M2
Formation souhaitée : Physique
Encadrant(s) : Adelie Andre et Sara Marcatili (équipe Physique nucleaire et Applications Medicales)
Durée du stage (mois) : 6
Période du stage : février - aout
Poursuite en thèse : oui
Descriptif : Contexte : L’hadronthérapie (radiothérapie par faisceaux d’ions rapides)
permet de traiter des tumeurs avec une grande précision balistique,
grâce à la caractéristique qu’ont les particules chargées de déposer un
maximum de dose en fin de parcours (pic de Bragg). Un enjeu important
pour optimiser la qualité des traitements par hadronthérapie consiste à
contrôler en ligne le parcours du proton, pour vérifier sa conformité
avec le plan de traitement.
Dans le cadre du projet PGTI (Prompt Gamma Time Imaging) impliquant deux
équipes CNRS à Grenoble (LPSC) et Marseille (CPPM) et le centre de
protonthérapie Antoine Lacassagne à Nice (CAL), un nouveau système
d’imagerie pour les « Gamma Prompt » (GP) dédié au contrôle des
traitements de l’hadronthérapie en temps réel est en cours de
finalisation au LPSC [1]. Les GP sont des particules secondaires émises
lors de l’interaction nucléaire entre l’ion incident et le tissue
traversé, et la distribution de leurs sommets d’émission est corrélée au
dépôt de dose. Le système de détection se compose de 30 modules de
détection lus en coïncidence temporelle avec un moniteur faisceau rapide
pour l’étiquetage temporel des protons avec une résolution temporelle de
l’ordre de 100 ps rms. Un premier prototype de moniteur faisceau basé
sur un scintillateur plastique rapide couplé à des photomultiplicateurs
silicium (SiPM) a été réalisé et testé, montrant une résolution
temporelle adaptée à l’application. Cependant, la surface de détection
de ce détecteur est limitée et pas adaptée à une utilisation en contexte
clinique.
Objectifs : Une possible solution est d’augmenter la taille du
scintillateur plastique sans changer le design, mais cela entrainerait
une atténuation du signal détecté par les SiPMs et donc une perte de
résolution temporelle. En même temps, une augmentation de la surface de
détection rendrait nécessaire l’utilisation d’un plus grand nombre de
SiPM et augmenterait significativement les couts de réalisation. Il est
donc nécessaire de revoir la conception du détecteur ainsi que le type
de scintillateur utilisé (meilleur rendu lumineux, meilleure
transmittance…).
Le but du stage est d’étudier, à travers des simulations Monte Carlo,
les performances du moniteur faisceau pour les différentes améliorations
possibles afin de désigner une nouvelle version du moniteur plus adaptée
au faisceau clinique. Dans un premier temps, les simulations seront
validées en utilisant des données expérimentales acquises en laboratoire
par la/le stagiaire ainsi que des données obtenues lors des précédentes
campagnes expérimentales de l’équipe au CAL. Selon les résultats
obtenus, la/le stagiaire pourrait participer à la réalisation d’un
nouveau prototype et à sa caractérisation sous faisceau de protons au
CAL (Nice) ou au CNAO (Italie).
Compétences requises : Bon niveau académique ; connaissances de physique
nucléaire et interaction rayonnement matière ; connaissances en
programmation pour les simulations et l’analyse de données (Python, C++)
; intérêt pour l’instrumentation ; savoir travailler en équipe.
Poursuite en thèse possible (concours école doctorale).
Pour postuler, merci d'adresser votre CV et lettre de motivation à
sara.marcatili@lpsc.in2p3.fr
.
Référence:
[1] M. Jacquet et al., A high sensitivity Cherenkov detector for prompt
gamma timing and time imaging. Scientific Report 13 (2023) 3609
https://arxiv.org/abs/2309.03612
Date de la proposition : 2024-12-19