Développement de microcalorimètres magnétiques ultra haute résolution pour l’analyse isotopique d’actinides par spectrométrie de photons X et gamma // Development of ultra-high-resolution magnetic microcalorimeters for isotopic analysis of actinides by X-

Le sujet de thèse porte sur le développement de microcalorimètres magnétiques (CMM) ultra haute résolution pour améliorer l’analyse isotopique d’actinides (uranium, plutonium) par spectrométrie X et gamma autour de 100 keV. Cette analyse, essentielle dans le cycle du combustible nucléaire et la lutte contre la prolifération, repose traditionnellement sur des détecteurs HPGe, dont la résolution limite la précision. Pour surmonter ces limites, le projet vise à utiliser des détecteurs cryogéniques de type CMM fonctionnant à des températures inférieures à 100 mK et capables d’atteindre une résolution énergétique dix fois meilleure que celle des HPGe. Les détecteurs CMM seront microfabriqués au CNRS/C2N avec des composants supraconducteurs et paramagnétiques, puis testés au LNHB. Une fois étalonnés, ils serviront à mesurer avec précision les spectres de photons des actinides afin de déterminer avec précision les paramètres fondamentaux atomiques et nucléaires des isotopes étudiés. Les résultats obtenus enrichiront les bases de données nucléaires et atomiques utilisées dans les codes de déconvolution permettant une analyse isotopique d'actinides plus fiable et précise.
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The PhD project focuses on the development of ultra-high-resolution magnetic microcalorimeters (MMCs) to improve the isotopic analysis of actinides (uranium, plutonium) by X- and gamma-ray spectrometry around 100 keV. This type of analysis, which is essential for the nuclear fuel cycle and non-proliferation efforts, traditionally relies on HPGe detectors, whose limited energy resolution constrains measurement accuracy. To overcome these limitations, the project aims to employ cryogenic MMC detectors operating at temperatures below 100 mK, capable of achieving energy resolutions ten times better than that of HPGe detectors. The MMCs will be microfabricated at CNRS/C2N using superconducting and paramagnetic microstructures, and subsequently tested at LNHB. Once calibrated, they will be used to precisely measure the photon spectra of actinides in order to determine the fundamental atomic and nuclear parameters of the isotopes under study with high accuracy. The resulting data will enhance the nuclear and atomic databases used in deconvolution codes, thereby enabling more reliable and precise isotopic analysis of actinides.
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Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département d’Instrumentation Numérique
Service : Service Instrumentation et Métrologie des Rayonnements Ionisants
Laboratoire : Laboratoire National Henri Becquerel pour la Métrologie de l'Activité
Date de début souhaitée : 01-10-2025
Directeur de thèse : LOIDL Martin
Organisme : CEA
Laboratoire : DRT/DIN//LNHB-MA
URL : http://www.lnhb.fr/

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département d’Instrumentation Numérique
Service : Service Instrumentation et Métrologie des Rayonnements Ionisants

Ecole d'ingénieur ou Master 2