CONTEXT: instrumentation neutronique textures – contraintes pour ICONE // CONTEXT: textures – strains neutron instrumentation for ICONE

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. L'objectif est de construire une installation, ICONE, qui offrirait une suite instrumentale d'une dizaine de spectromètres mise à la disposition de la communauté scientifique française et européenne. Le projet est actuellement dans la phase d'Avant-Projet Détaillé avec pour objectif d'affiner autant que possible tous les aspects techniques.
Dans ce cadre, le Laboratoire Léon Brillouin souhaite étudier la possibilité de construire un appareil de spectroscopie neutronique adapté à la mesure des textures et des contraintes dans les alliages métallurgiques. Cette technique, permet de sonder les contraintes résiduelles dans les matériaux après la phase d'usinage, de traitement thermique et/ou d'utilisation et de mesurer l'anisotropie cristallographique d'alliages pour tirer parti des propriétés mécaniques induites.
Le projet de recherche sera divisé en deux volets : recherche et instrumentation. Le candidat sera rattaché à un projet de recherche utilisant les techniques de diffraction neutronique. Il participera à des runs expérimentaux et s'impliquera dans la réduction et l'analyse des données expérimentales jusqu'à leurs publication. Ces travaux permettront au candidat d'acquérir de bonnes connaissances sur (i) les interactions neutron – matière et (ii) les appareils de diffusion neutronique en temps de vol. Le séquençage du projet est particulièrement adapté à la réalisation d'expériences durant la phase de hot-commissionning (2026-2027) des instruments DREAM et MAGIC à ESS pour lesquels le LLB a contribué à la construction.
Cette maîtrise des techniques de diffraction en temps de vol sera ensuite transposée à la conception d'un instrument innovant de mesure de textures et de contraintes pour la source ICONE (CONTEXT). A l'instar de ESS, ICONE produira des « pulses longs » (> 1ms). Nous proposons d'implémenter des techniques de modulation statistique pour la construction de l'instrument qui permettront d'exploiter au mieux le potentiel des pulses longs d'ICONE. Cette technique permet de combiner à la fois une excellente résolution en énergie et un flux incident important. Bien que proposée il y a plusieurs décennies, la technique était jusqu'alors limitée par la puissance nécessaire pour le traitement de données. Les gains de performance offerts par les calculateurs modernes, permettent aujourd'hui d'appliquer la modulation statistique sur des détecteurs résolus en temps et couvrant un large angle solide, permettant de démultiplier les performances de la technique.
Dans cette phase de modélisation, le candidat construira un instrument virtuel combinant différents outils de simulation Monte-Carlo tels que McStas et NCrystal pour se rapprocher d'une modélisation d'un jumeau numérique d'un spectromètre de diffusion neutronique intégrant les détails de l'interaction des neutrons avec un échantillon mais aussi avec son environnement. Ces résultats expérimentaux virtuels seront complétés par le développement d'outils d'analyse des résultats (en particulier SCIPP développé pour ESS).

[1] https://www.icone-neutron.fr/
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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. The goal is to build an ICONE facility that would provide an instrumental suite of about ten spectrometers available to the French and European scientific community. The project is currently in the Preliminary Design phase, with the aim of refining all technical aspects as much as possible.
Within this framework, the Léon Brillouin Laboratory wishes to study the feasibility of building a neutron spectroscopy instrument adapted to measuring textures and stresses in metallurgical alloys. This technique makes it possible to probe residual stresses in materials after machining, heat treatment, and/or use, and to measure the crystallographic anisotropy of alloys to exploit the resulting mechanical properties.

The research project will be divided into two parts: research and instrumentation. The candidate will be attached to a research project using neutron diffraction techniques. They will participate in experimental runs and be involved in the reduction and analysis of experimental data up to publication. This work will allow the candidate to acquire a solid understanding of (i) neutron-matter interactions and (ii) time-of-flight neutron scattering devices. The sequencing of the project is particularly well-suited to conducting experiments during the hot-commissioning phase (2026-2027) of the DREAM and MAGIC instruments at ESS, for which the LLB contributed to the construction.

This mastery of time-of-flight diffraction techniques will then be applied to the design of an innovative instrument for measuring textures and stresses for the ICONE (CONTEXT) source. Like ESS, ICONE will produce 'long pulses' (> 1 ms). We propose implementing statistical modulation techniques for the instrument's construction, which will allow us to fully exploit the potential of ICONE's long pulses. This technique makes it possible to combine both excellent energy resolution and a high incident flux. Although proposed several decades ago, the technique was previously limited by the processing power required. The performance gains offered by modern computers now allow us to apply statistical modulation to time-resolved detectors covering a wide solid angle, thus significantly increasing the technique's performance.

In this modeling phase, the candidate will build a virtual instrument combining various Monte Carlo simulation tools such as McStas and NCrystal to approximate a digital twin of a neutron scattering spectrometer, incorporating the details of neutron interaction with a sample and its environment. These virtual experimental results will be complemented by the development of data analysis tools (in particular SCIPP, developed for ESS).

[1] https://www.icone-neutron.fr/
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Début de la thèse : 01/10/2026

Financement public/privé

Financement du CEA - CFR (Contrat formation par la recherche)*Ressources propres de l'unité de recherche*

Université Paris-Saclay GS Physique

564 Physique en Ile de France

Le candidat doit être titulaire d'un diplôme de Master 2 donnant des compétences solides dans le domaine des phénomènes d'interaction Onde - Matière (phénomènes de diffusion et de diffraction). Il devra avoir une très bonne affinité pour la modélisation numérique. Une partie importante du travail consistera à réaliser des modélisations numériques, principalement en utilisant des code existants (OpenMC, NCrystal, SCIPP) mais aussi en développant des codes spécifiques. Le sujet comporte une partie expérimentale de mesures mais pas de développement instrumental proprement dit.
The candidate must hold a Master's degree (Master 2) demonstrating strong skills in wave-matter interaction phenomena (scattering and diffraction). They must have a very good aptitude for numerical modeling. A significant portion of the work will involve creating numerical models, primarily using existing codes (OpenMC, NCrystal, SCIPP) but also developing custom codes. The project includes an experimental measurement component but no actual instrumental development.