La fission nucléaire est un phénomène complexe dont tous les mécanismes ne sont pas entièrement compris. Dans le cadre d'une coopération internationale, le CEA/DAM/DIF étudie les spectres en énergie des neutrons prompts émis lors de la fission induite par des neutrons rapides, et plus particulièrement la zone à basse énergie de ces spectres (<1 MeV). Ce travail de thèse a consisté à optimiser un dispositif expérimental de mesure de neutrons prompts de fission. Dans un premier temps, de nouveaux détecteurs de fission ont été développés. Nous en rapportons ici la conception et étudions leurs performances en termes de discrimination alpha-fission, de résolution en temps et de distorsion sur le spectre mesuré. Le second axe de développement abordé au cours de cette thèse est celui de la détection des neutrons. Plusieurs types de détecteurs ont été comparés (discrimination neutron-gamma, efficacité de détection), en vue d'optimiser la détection des neutrons de basse énergie (<1 MeV). Ce mémoire présente les résultats de ces études. Enfin, le dispositif expérimental ainsi optimisé est utilisé pour mesurer le spectre en énergie des neutrons prompts émis lors de la fission induite par neutrons de l' ²³⁸UU. Après avoir présenté la méthode utilisée pour l'analyse des données, les résultats obtenus sont interprétés en termes de modèles et d'évaluations. / The nuclear fission is a complex phenomenon whose mechanisms are not fully understood. Within the framework of an international cooperation, the CEA/DAM/DIF is taking part in the study of prompt fission neutron energy spectra from fast neutron induced fission, focusing on the low energy domain of these spectra (<1 MeV). This PhD was dedicated to the optimization of the experimental setup. New fission detectors were developed. We report on their conception and their performances in terms of alpha-fission discrimination, timing resolution and distortion on the measured spectrum. In a second step, several neutron detectors were studied (neutron-gamma discrimination, detection efficiency), so as to optimize the detection of low energy neutrons (<1 MeV). In the present document, we report on the results of this comparative study. Finally, the optimized experimental setup was used to measure prompt fission neutron energy spectra for the fast-neutron induced fission of ²³⁸U. After detailing the data analysis method, the results are interpreted in terms of models and evaluations.

Diplomová práce přibližuje systémy LIDAR přímo měřící čas průletu a časově digitální převodníky určené k použití v těchto systémech. Představuje problematiku distribuce hodinových signálů napříč soubory časově digitálních převodníků v LIDAR systémech a věnuje se jednomu z nových řešení této problematiky, které je založené na injekcí zavěšených oscilátorech. Technika injekčního zavěšení oscilátorů je důkladně matematicky popsána. V programu Matlab byl vytvořen simulační model injekcí zavěšeného kruhového oscilátoru, který potvrzuje správnost uvedených analytických predikcí. Ve výrobní technologii ONK65 byl navržen injekcí zavěšený kruhový oscilátor stabilizovaný pomocí smyčky závěsu zpoždění, určený pro implementaci časově digitálního převodníku pro systém LIDAR. Navržený injekcí zavěšený kruhový oscilátor byl verifikován počítačovými simulacemi zohledňujícími vliv procesních, napěťových i teplotních variací. Oscilátor poskytuje specifikované časové rozlišení 50 pikosekund a dosahuje dvakrát nižší hodnoty fázového neklidu než ekvivalentní volnoběžný oscilátor v dané technologii.

No description available.

Des perspectives énergétiques sobres en carbone pour atténuer le changement climatique nécessitent le remplacement des combustibles fossiles par des sources produisant peu de CO2, par exemple l’énergie nucléaire. L'une des options discutées par le Forum international Gen-IV pour la prochaine génération de réacteurs nucléaires consiste à utiliser le cycle du thorium. L'isotope fissile 233U est l'un des isotopes les plus importants du cycle du thorium et est directement responsable du bilan neutronique. L'une des particularités de ce noyau est d'avoir une section efficace de capture qui est inférieure d'un ordre de grandeur à celle de fission. Cette circonstance rend très difficile la mesure de sa section efficace de capture, comme l'atteste seulement deux jeux de données à haute résolution disponibles depuis les années 1960. Dans cette thèse, une nouvelle mesure auprès de la source de neutrons n_TOF est décrite utilisant une nouvelle chambre à fission compacte insérée au centre d'un détecteur de rayons gamma, le calorimètre à absorption totale. La chambre à fission permet d’identifier et de soustraire les rayons gamma de la réaction de fission dans le but d’améliorer la précision de la section efficace de capture de 233U. La chambre à fission est conçue dans cet objectif. Son excellente performance est décrite en détail et permet d'extraire des informations sur les rayons gamma de fission. Une discussion détaillée du processus de réduction des données et des éléments clés de l’analyse, est présentée et aboutit au calcul du rapport alpha de 233U, le rapport entre la section efficace de capture et celle de fission. / A low-carbon energy outlook to mitigate the climate change requires the replacement of fossil fuel by sources with low CO2 emissions, like nuclear energy.. One of the options discussed in the Gen-IV International Forum for the the next generation of nuclear reactors is to use the thorium cycle. The fissile isotope 233U is among the most important isotopes in the thorium cycle and directly responsible for the neutron economy. One of the particularities of this nucleus is to have a capture cross section which is one order of magnitude lower than fission, making the measurement of the 233U capture cross section very challenging as indicated by only two high resolution data sets available since the 1960s. In this thesis, a new measurement at the n_TOF neutron source is described employing a novel compact fission chamber inserted in the center of the Total Absorption Calorimeter g-ray detector. The fission chamber allows to tag and subsequently subtract the gamma rays from the fission reaction aiming to improve the accuracy of the 233U capture cross section.The performance of the custom tailored fission chamber is described in detail and allows to extract information about the prompt fission g-rays. A detailed discussion of the data reduction process and the key elements in the analysis is given resulting in the calculation of the 233U-alpha-ratio, the ratio between the capture and fission cross-section.

Dans les installations industrielles, des inspections régulières sont planifiées pour évaluer l’état de santé interne des composants. Si des fissures sont révélées, il est souhaitable de savoir si l’exploitation de la structure peut se poursuivre ou si un régime de fonctionnement dégradé pourrait être envisagé. En se basant sur la mécanique élastique linéaire de la rupture, les travaux présentés traitent donc dans le cas de composants fissurés de la dispersion de durée de vie résiduelle relative aux incertitudes sur les paramètres du modèle de prévision. La longueur de fissure initiale, les propriétés du matériau ainsi que les paramètres d’entrée de la loi de Paris ont été considérés comme des variables aléatoires, dont les distributions ont été déterminées expérimentalement puis ajustées par des lois statistiques adéquates. Des contrôles ultrasonores par mesure du temps de vol de l’onde diffractée – Time Of Flight Diffraction (TOFD) en anglais – et des mesures de champs obtenues par corrélation d’images numériques ont été utilisés pour quantifier la propagation d’une fissure dans une éprouvette à défaut soumise à des sollicitations cycliques uniaxiales. Les données expérimentales recueillies ont été utilisées pour initialiser les calculs et valider les résultats numériques. Les distributions de taille de fissure obtenue après un nombre donné de cycles de sollicitation et de nombre de cycles de sollicitation conduisant à une taille définie de fissure ont été obtenues par une méthode de Monte-Carlo appliquée au modèle de prévision. L’ajustement de ces distributions par de lois log-normales a fourni des outils analytiques d’estimation probabiliste de propagation de fissure. Cela a notamment permis la réalisation de cartographies de risques et l’évaluation de l’évolution de la fiabilité du composant étudié. Enfin, les effets d’une actualisation de la connaissance de la longueur de fissure au cours de la vie de ce composant en termes d’incertitude de prévision et d’extension de durée de vie résiduelle prévisionnelle ont été étudiés. En particulier, afin de limiter le coût des campagnes de contrôle non destructifs dans le cas industriel, une stratégie d’optimisation de l’actualisation de cette connaissance basée sur l’étude de fiabilité a été proposée. / In industrial plants, regular inspections are planned to assess the internal state of installations. If some cracks are revealed, it is desirable to know whether the structure can still be used or if a degraded mode of operation should be considered. Starting from a linear elastic fracture mechanics model, the work presented studied the scatter of the remaining life of such cracked parts due to the uncertainties on the parameters of the prediction model. Initial crack size, material properties and input parameters of Paris’ law have been considered as random variables and their distributions have been experimentally identified and fitted with convenient statistical laws. Time Of Flight Diffraction (TOFD) and field measurement technique based on Digital Image Correlation (DIC) were used to monitor the crack propagation initiated from a notch introduced in specimen submitted to uniaxial cyclic loading. Experimental crack length results were used to initiate computations and as a mean to validate numerical results. Both the crack lengths distributions resulting from the application of loading cycles and the distribution of the number of cycles leading to a given crack length were obtained from a Monte-Carlo method applied to the prediction model. The fit of these distributions with log-normal laws provided analytical tools to assess probabilistic crack propagation. It allowed for risk mapping and for the evaluation of the studied component’s reliability evolution. Last, the effects of an actualisation of crack length knowledge along the life of this component in terms of assessment uncertainty and predicted residual life extension has been studied. Especially, to limit the cost of non-destructive techniques inspection in industrial cases, a reliability-based strategy has been proposed for the optimisation of the crack knowledge actualisation.

No description available.

The Jupiter Icy Moons Explorer is a planetary exploration mission that aims to study the moons of Jupiter in the planet’s vast magnetosphere. Among the various instruments on board is the Particle Environment Package (PEP), that is led by the Swedish Institute of Space Physics (IRF) in Kiruna. The Jovian plasma Dynamics and Composition analyzer (JDC) is one of six sensors within PEP and focuses on the characterization of positive ions. To be able to measure their three-dimensional distribution and composition, in-situ and in high time resolution, JDC has to cover a large field of view of 2π sr, for the desired energy range, in just a couple of seconds. An electrostatic analyzer within the sensor determines the energy per charge of such particles and a time-of-flight mass spectrometer measures their mass per charge. Constraints on weight and the radiation environment of Jupiter drive the design of the sensor: small and lightweight to allow extra shielding, but still large enough to accomplish measurements in the harsh radiation environment of Jupiter. This work focuses on a new type of compact, electrostatic analyzer using spherical wedges and the start signal generation for the time-of-flight measurement using new venetian blind-type surfaces. Simulations on the electrostatic analyzer showed that the most promising design is a hybrid variant, using an inner shell with spherical wedges and a spheroidal outer shell. A prototype sensor was built and tested with successful results. A reflectron-type time-of-flight cell measures the time it takes for a particle to pass a linear electric field. The time measurement has to be very accurate and requires that all ions enter the reflectron from the same start position. Commonly this is achieved with thin carbon foils of some nanometer thickness to provide a very accurate start position. Upon impact and after leaving a foil, ions generate secondary electrons that act as start signals for the time measurement. Foils require a substantial pre-acceleration of several kilovolts for the ions to penetrate the foil, thus increasing the size and mass of the instrument. When incident ions are reflected at grazing angles from a surface, secondary electrons are released in the same way as with foils. To increase position accuracy during this reflection process, venetian blind-type start surfaces are investigated, where many smaller surfaces replace a large flat surface. The most promising sample was found to be micro pore optics, that were initially designed to focus gamma rays. In several experiments it could be shown that micro pore optics show good reflection properties when used as start surfaces in the time-of-flight measurement. Both improvements allow a more compact and lightweight sensor that can be better shielded against the harsh radiation environment in Jupiter’s system. Jupiter hosts the strongest radiation environment in the solar system, that could kill an unprotected human thousand times over. / JUICE, PEP

No description available.

The International Muon Ionization Cooling Experiment (MICE) is designed to demonstrate the currently untested technique of ionization cooling. Theoretically, this process can condition the high quality muon beams required to build a neutrino factory or muon collider which will be the next generation of machines for the study of Particle Physics. The beam line to transport muons into the MICE cooling channel lattice cell was installed in December 2009. Step I of the experimental programme, whose goal was to demonstrate that the beam line can generate beams similar to those expected in a neutrino factory cooling channel, was completed in August 2010. Methods were developed to use time difference measurements in the MICE time of flight counters (TOFs) to obtain a transverse spatial resolution of approximately 10 mm and to track muons through the focusing elements of the beam line, thus allowing the trace space vectors of individual muons to be reconstructed and their integrated path length to be calculated. The TOFs were used to make an absolute measurement of the momentum of muons with zero bias and a systematic error of less than 3 MeV/c. The measured trace space vectors of single muons were used to estimate the emittances and approximate optical parameters of eighteen muon beams. The results of beam line simulations were compared with the measurements and, once the effects of experimental resolution had had been included, found to be in good agreement. A sample of individual muons whose phase space vectors had been measured was injected into a simulation of the full MICE cooling channel; the beam was found to be suitable for demonstrating muon cooling, although some fine tuning of the cooling channel optics will eventually be required.

Ce travail de thèse s'inscrit dans l'essor important que connaît actuellement le domaine des énergies renouvelables en terme de recherche et de nouvelles technologies de l'énergie. Il est consacré à l'étude de nouveaux matériaux hybrides "nanoparticules ZnO - cristaux liquides" en vue d'applications aux cellules solaires de type hétérojonctions en volume. La motivation est d'utiliser les propriétés d'auto-organisation et de transport de charges des cristaux liquides et d'augmenter les interfaces donneur-accepteur afin d'améliorer leurs performances. Pour la mesures des mobilités des porteurs de charge, un banc de mesure "temps de vol" entièrement automatisé a été développé. Deux cristaux liquides calamitiques ont été caractérisés (DSC, microscopie optique polarisée, UV et "temps de vol"). Deux types de transports de charge, l'un ionique, l'autre électronique sont mis en évidence pour des charges positives et négatives avec des mobilités indépendantes du champ électrique et des comportements différents en fonction de la température. Un procédé d'élaboration des matériaux hybrides a été mis au point. Les caractérisations de ces matériaux montrent l'influence de la concentration en nanoparticules (0,05 à 38% en volume). La taille des domaines dans les phases cristal liquide augmente avec la concentration alors que la température de transition isotrope-SmA diminue fortement. Un résultat important est que les phénomènes de transport sont conservés pour des concentrations importantes (jusque 12% en volume). Le transport électronique est même amélioré. Les propriétés des matériaux élaborés apparaissent intéressantes pour des applications aux cellules photovoltaïques. / This thesis work is a part of the significant growth that is currently taking place in the field of the renewable energy in terms of research and new energy technologies. It is dedicated to the study of new hybrid material "zno particles - liquid crystals" for the applications in "bulk heterojunction" solar cells. The motivation is to increase the donor-acceptor interfaces in hybrid material and to combine the self-organizing and charge transport properties of liquid crystals, in order to improve their performance. A completely automated "time of flight" measuring set-up is developed, for the measurement of the charge carriers mobility in the aforementioned hybrid material. Using the dsc, polarized optical microscopy, uv-visible spectroscopy and "time of flight", we have characterized two calamitic liquid crystals. Two types of charge transport, one ionic, and the other electronic, are highlighted for positive and negative charges with electric field independent mobility and different behaviors with temperature. A process for the elaboration of hybrid materials is developed. The characterization of these materials show the influence of nanoparticles concentrations (0,05 to 38% by volume). The size of the domains in the liquid crystal phases increases with the concentration whereas the isotropic-sma phase transition temperature decreases monotically. Under controlled dispersion of zno nanoparticles in host liquid crystal up to 12% by volume, we have conserved the transport phenomena in hybrid material and study has shown that electronic transport is improved. The characterized hybrid materials have shown their potential application in organic photovoltaic.