Thèse Développement d'Un Ebit Electron Beam Ion Trap pour l'Étude de la Décroissance Nucléaire des Ions Fortement Chargés H/F

Université Paris-Saclay GS Physique

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique
École doctorale : Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Image, Cosmos et Simulation
Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique des deux Infinis Irène Joliot-Curie
Direction de la thèse : Sarah NAIMI ORCID 0000000342108741
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-30T23:59:59

Le projet HINA vise à développer une installation compacte et économique dédiée à la production et à l'étude d'ions hautement chargés (HCIs) d'isotopes instables, afin d'explorer leur désintégration nucléaire et ses implications pour l'astrophysique nucléaire et les interactions fondamentales. Une fois opérationnel, HINA offrira une plateforme unique en France, en complément de la nouvelle installation DESIR au GANIL, où le dispositif doit être installé.
Les études de désintégration nucléaire d'ions hautement chargés ont été réalisées presque exclusivement sur l'anneau de stockage du GSI, une installation exceptionnelle mais coûteuse et très sollicitée. Jusqu'à présent, les recherches au GSI se sont principalement limitées aux noyaux lourds. HINA propose une alternative : un piège à ions produit par faisceau d'électrons (EBIT) dédié, à basse énergie, optimisé pour la production d'ions hautement chargés de noyaux légers qui restent hors de portée des anneaux de stockage. Cet EBIT, élément central du projet, permettra des études systématiques de la désintégration nucléaire dans des systèmes à peu d'électrons (ions de type H-, He- et Li-), où des structures atomiques simplifiées permettent l'apparition de canaux de désintégration rares tels que la capture électronique orbitale (EC). Ces modes de désintégration constituent des sondes sensibles de la structure nucléaire et, potentiellement, d'effets de non-conservation de parité ainsi que dans les rayons cosmiques.
L'ensemble du dispositif HINA combinera l'EBIT avec un piège de Zajfman et une source d'ions stables pour l'étalonnage, permettant la production contrôlée, l'amplification de charge, le piégeage et l'étude de la désintégration d'isotopes sélectionnés.
Le doctorant, recruté pour une durée de trois ans à partir d'octobre 2026, jouera un rôle central dans la mise en service et la validation du dispositif HINA, depuis les tests techniques jusqu'à son fonctionnement complet. Une partie importante du travail sera réalisée à l'Institut Max Planck, où le doctorant validera les performances de l'EBIT et participera à des expériences utilisant des ions hautement chargés. L'objectif scientifique principal de la thèse sera de démontrer la faisabilité de l'amplification de charge pour les isotopes pertinents aux futures expériences de DESIR, avec un accent particulier sur l'établissement et l'optimisation de la recombinaison diélectrique dans le HINA-EBIT.
Au-delà des développements techniques, le doctorant dirigera l'analyse et l'interprétation des données des premières campagnes expérimentales, contribuera aux publications scientifiques et présentera les résultats lors de conférences nationales et internationales.

Les ions hautement chargés constituent des outils puissants pour étudier les processus atomiques et nucléaires dans des conditions extrêmes. Jusqu'ici, leur production et leur analyse reposaient principalement sur de grandes infrastructures comme les anneaux de stockage, limitant l'accès à ce type de recherches. Le développement d'un EBIT basse énergie ouvre la voie à une approche plus flexible, permettant de produire, amplifier la charge et étudier des isotopes instables dans des environnements contrôlés. Ce contexte scientifique, à l'interface entre physique atomique, instrumentation avancée et applications en physique nucléaire, motive la mise en place d'une nouvelle plateforme expérimentale dédiée aux HCIs.

Développer, tester et optimiser l'EBIT basse énergie du dispositif HINA.

Valider les performances de charge breeding pour différents isotopes d'intérêt.

Mettre en oeuvre et caractériser la recombinaison diélectrique dans l'EBIT.

Intégrer l'EBIT avec le piège de Zajfman et les systèmes de détection associés.

Effectuer les premières mesures expérimentales sur des ions hautement chargés produits et piégés.

Analyser et interpréter les données obtenues en vue de leur exploitation scientifique.

Contribuer aux publications et à la valorisation des résultats dans la communauté.