Nouveaux concepts de réflecteurs de neutrons froids // New concepts for cold neutron reflectors

Le CEA et le CNRS ont lancé une initiative de conception d’une nouvelle source de neutrons utilisant des accélérateurs de protons de basse énergie, le projet ICONE [1]. L’objectif est de construire une installation qui offrira une suite instrumentale d’une dizaine de spectromètres mise à la disposition de la communauté scientifique française et européenne. Les expériences de diffusion neutronique nécessitent des neutrons thermiques et froids. La conception du modérateur est donc une pièce essentielle du projet pour maximiser les performances de la source.
Une piste d’amélioration des performances du modérateur est d’améliorer l’efficacité du réflecteur et plus spécifiquement le réflecteur de neutrons froids. Dans cette étude, nous proposons d’étudier les propriétés spécifiques de diffusion des neutrons froids sur des matériaux nanostructurés. En effet les neutrons froids ont de grandes longueurs d’ondes (> 0.4nm) et peuvent donc être diffusés de manière cohérente par des matériaux nanostructurés. L’efficacité de diffusion est non seulement démultipliée par les effets de diffusion cohérente mais il est potentiellement possible d’orienter cette diffusion si le matériau réflecteur est anisotrope. Cette maitrise de la direction de diffusion peut permettre d’encore augmenter la brillance du modérateur.
Une première partie du travail consistera à identifier les matériaux nanostructurés les plus prometteurs et à modéliser les performances de réflectivité des neutrons froids. Dans une deuxième étape, ces matériaux seront mis en forme et leurs propriétés seront caractérisées sur des appareils de diffusion neutronique auprès d’installations de diffusion neutronique telles que l’ILL à Grenoble ou le PSI en Suisse.

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The CEA and the CNRS have launched an initiative to design a new neutron source using low-energy proton accelerators, the ICONE project [1]. The goal is to build a facility that will provide an instrumental suite of about ten spectrometers available to the French and European scientific community. Neutron scattering experiments require thermal and cold neutrons. The design of the moderator is therefore a crucial component of the project to maximize the source's performance.
One avenue for improving the moderator performances is to enhance the efficiency of the reflector, and more specifically, the cold neutron reflector. In this study, we propose to investigate the specific scattering properties of cold neutrons on nanostructured materials. Indeed, cold neutrons have long wavelengths (> 0.4 nm) and can therefore be coherently scattered by nanostructured materials. Scattering efficiency is not only amplified by coherent scattering effects, but it is potentially possible to direct this scattering if the reflecting material is anisotropic. This control over the scattering direction can further increase the moderator's brightness.
The first part of the work will consist of identifying the most promising nanostructured materials and modeling their cold neutron reflectivity performance. In a second step, these materials will be shaped and their properties characterized using neutron scattering devices at neutron scattering facilities such as the ILL in Grenoble or the PSI in Switzerland.

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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut rayonnement et matière de Saclay
Service : Laboratoire Léon Brillouin
Laboratoire : Groupe Infrastructure et développement
Date de début souhaitée : 01-10-2025
Ecole doctorale : Ondes et Matière (EDOM)
Directeur de thèse : OTT Frédéric
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRAMIS/LLB/INFRA
URL : https://iramis.cea.fr/llb/infra/
URL : https://iramis.cea.fr/llb/
URL : icone-neutron.fr

Financement public/privé

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut rayonnement et matière de Saclay
Service : Laboratoire Léon Brillouin

Master 2 Interactions Rayonnement Matière ou Physique de la matière condensée