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Offre de thèse - Etude des effets collectifs dans les anneaux ultra-faible émittance

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Présentation du projet doctoral :

Le synchrotron SOLEIL est une source de lumière de 3ème génération qui produit des rayons X à partir d’un anneau de stockage d’électrons depuis 2006. La brillance des rayons X produits est inversement proportionnelle à l’émittance du faisceau d’électrons stocké et directement proportionnelle à l’intensité du faisceau. Un principe nouveau, d’anneau ultra-faible émittance a récemment été démontré expérimentalement sur l'anneau MAX IV, en Suède. Une grande partie des synchrotrons de 3ème génération envisage en ce moment de remplacer leur anneau actuel par ce nouveau type d’anneau pouvant apporter des performances 10 à 100 fois supérieures en termes de brillance.
Cependant les performances de ces nouveaux anneaux pourraient être limitées par l’interaction du faisceau avec lui-même et avec son environnement. Ces phénomènes, dont l’impact augmente avec l’intensité du faisceau, sont appelées effets collectifs. Pour atteindre une émittance ultra-faible, des aimants à très forts champs magnétiques seront nécessaires, ce qui demande une réduction importante des dimensions de la chambre à vide du faisceau et va par là-même renforcer l’impact de ces effets collectifs. Les perturbations induites peuvent provoquer l’échauffement de la chambre à vide, la dégradation du vide et des propriétés du faisceau et des instabilités du faisceau qui pouvant sévèrement limiter le courant total.
La thèse proposée s’inscrit dans le cadre des études sur la refonte totale de l’anneau de stockage de SOLEIL.
Une partie de la thèse sera consacrée à l'étude des phénomènes d’impédance résistive et géométrique. L’impédance d’une chambre à vide de faible rayon, avec ou sans dépôt NEG, sera étudiée pour déterminer quel est son impact sur le faisceau. En parallèle, la différence observée entre les budgets d’impédance simulés et mesurés dans les anneaux de stockage de 3ème génération sera investiguée. Pour ce faire, plusieurs pistes seront étudiées comme les effets d’interférences entre composants adjacents et la sensibilité des calculs d’impédance aux erreurs mécaniques. Cette partie inclura donc des simulations électromagnétiques avec des codes commerciaux (type CST ou GdfidL) et des calculs analytiques.
Une seconde partie concernera l’étude globale de la stabilité du faisceau par rapport aux différents effets collectifs en présence d’une cavité harmonique. Une cavité harmonique permet de contrôler la longueur des paquets d’électrons et d’influer fortement sur les effets collectifs. Cependant, dans certains cas, celle-ci peut aussi induire des instabilités. L’étudiant devra étudier plusieurs type d'instabilités potentiellement dangereuses pour les anneaux de faible émittance comme l’instabilité de la paroi-résistive, la TMCI (transverse mode coupling instability), l’instabilité tête-queue et l’instabilité micro-onde. L’impact d’une cavité harmonique pour l’atténuation de ces instabilités sera aussi examiné. Dans ce but, l’étudiant participera au développement du code mbtrack, simulant la dynamique faisceau multi-paquet par « tracking » dans les synchrotrons. Une validation expérimentale du code mbtrack sur l’anneau actuel de SOLEIL est aussi envisagée. Selon le profil de l’étudiant, la participation à la création d’un code résolvant l’équation de Vlasov-Fokker-Planck pour simuler la dynamique est aussi possible.

Profil et compétences recherchées :

Master 2 en physique, une connaissance spécifique de la physique des accélérateurs n’est pas un prérequis mais est un plus.
Profil de physicien numéricien et/ou théoricien recherché mais la part de développement logiciel et de calcul théorique sera ajustée selon le profil de l’étudiant.
Niveau de français et d'anglais requis: Intermédiaire supérieur: Vous pouvez utiliser la langue de manière efficace et vous exprimer précisément. 

Pour plus d'informations et postuler : Université Paris Saclay ou rapprochez vous des contacts.