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ACCELERATEUR

Au coeur de la future machine, un accélérateur linéaire supraconducteur, délivrant des faisceaux d'ions parmi les plus intenses du monde, bombarde une cible de matière. Les réactions induites : fission, transfert, fusion, ... engendrent des milliards de nouveaux noyaux.

Extraits, triés, accélérés, les noyaux les plus intéressants sont assemblés en faisceaux qui permettront des expériences inédites. SPIRAL2 ouvre ainsi de nouveaux horizons à la physique nucléaire ainsi qu'à d'autres disciplines scientifiques grâce à cette nouvelle plateforme multifaisceaux à la pointe de la technologie.

 

linag 300 legendes

LINAC et process du bâtiment de production

 

Source de deutons

SPIRAL2 n’utilisera pas la source d’ions présente actuellement au GANIL, mais notamment une source de deutons, très efficace pour casser la matière.
 


Hydrogène : 1 proton dans le noyau et 1 électron en orbite.
Deutérium : Hydrogène lourd, 1 proton et 1 neutron dans le noyau et 1 électron en orbite.
 


Des atomes de Deutérium sont insérés dans la source ECR (Résonance Cyclotronique Electronique), qui crée un champ électromagnétique. L’électron unique de l’atome de Deutérium monte alors en énergie et se détache du noyau, créant ainsi un deuton.

La création d’un champ électromagnétique d’environ 60mW à la sortie de la source permet de laisser s’échapper les noyaux qui forment alors un plasma.

 

Diagnostics

Les particules traversent un détecteur en forme de raquette appelé le diagnostic. Chaque corde de la raquette réagit au passage d’une particule. Il va donner aux opérateurs une image du faisceau, densité, distance sur laquelle il s’étale…

Avec cette première vision, les ingénieurs vérifient si le faisceau est conforme à leurs attentes pour la bonne réalisation de leur expérience.

 

Tubes

Un vide intense est créé par des pompes situées à différents endroits de la machine. Elles permettent au plasma de se déplacer en rencontrant le minimum de particules d’air ou de résidus des expériences précédentes.

 

Aimants

 
Aimants solénoïdes : ils focalisent le faisceau à la fois verticalement et horizontalement.
Aimants quadripôles : ils focalisent le faisceau seulement verticalement ou horizontalement selon leur réglage. Pour maîtriser le faisceau il faut donc en mettre deux à la suite, réglés différemment. Cette technique est plus efficace et moins chère car elle demande moins d’énergie.
 

 

La création d’un champ magnétique statique, avec l’un de ces deux types d’aimants, n’a pas de rôle accélérateur, il redirige le faisceau qui a tendance à s’écarter et risque de percuter les parois des tubes en les rendant radioactifs et donc inutilisables pour l’homme.
 


Aimants dipôles
: ils créent une force déviante sur les particules et permettent ainsi au faisceau de se déplacer en courbe.
 


Dans le virage, les particules sont triées en fonction de leur charge électrique et de leur masse, car la vitesse et la trajectoire de déplacement des ions y sont proportionnelles. Cette étape correspond à la purification du faisceau en écartant les ions trop ou trop peu chargés, également les résidus des anciennes expériences ou les éléments restants après le vide.

 

RFQ, Quadripôle Radio Fréquence.

Le faisceau arrive jusqu’au RFQ qui va le diviser en petits paquets de particules séparés de 11 nano secondes. Cette disposition du faisceau est nécessaire pour sa future accélération.

Dans le RFQ sont placées des électrodes de forme spécifique qui créent un champ électromagnétique discontinu et séparent ainsi le faisceau en paquets.
Sa vitesse monte alors à 4% de la vitesse de la lumière.

 

LME, Ligne Moyenne Energie

Après le RFQ, le faisceau a la volonté de se dégrouper. Deux outils sont alors mis en place pour maintenir le faisceau en paquets.
Avec des aimants Quadripôles, on focalise le faisceau verticalement.
Un regroupeur, produit un champ électrique sinusoïdal qui rassemble les particules horizontalement. Les particules placées au-devant du paquet sont freinées, tandis que les dernières sont accélérées.

Il existe également un hâcheur lent qui supprime certains paquets du faisceau lorsque l’expérience finale ne nécessite pas un grand nombre de particules.

 

LINAC

Le LINAC comprend deux types de cavités accélératrices A et B.

Le type appelé A comprend une zone d'accélération de basse énergie tandis que les cavités B comprennent deux zones d'accélération de haute énergie. Chaque cavité est placée dans un cryomodule d’une température de  -269°C qui empêche la montée en chaleur des équipements et permet d’utiliser un champ électrique très élevé.

 

cavit�a et b

Cavités A puis B

 

Le LINAC est un assemblage de 12 cavités de type A ayant chacune leur cryomodule, suivie de 14 cavités B disposées par paire dans un cryomodule. L'accélération est progressive ; d'une intensité moindre dans la première partie, elle est plus intense dans les cavités B.Ensemble, elles permettent d’atteindre des énergies de 40 000 000 électrons Volts.


Le faisceau accélère alors jusqu'à 20% de la vitesse de la lumière.

 

 

La petite histoire de la naissance d'une cavité

Après leur conception au millimètre près par les physiciens durant plusieurs années et de nombreux tests, les cavités sont finalement fabriquées dans les laboratoires partenaires. Elles sont élaborés en plusieurs parties pour être assemblées par le suite.

A la sortie de la chaîne de fabrication, elles sont plongées dans un bain d'acide qui va enlever les rugosités intérieures. En effet, chaque micro-pointe ou résidu dû à la fabrication peut créer un obstacle durant les futures phases d'accélération.

salle blanche

Une fois décapées, elle sont placées dans une salle blanche. Cette pièce correspond à une chambre stérile, elle comprend moins de 10 poussières au m3.

Elles sont alors rincées avec un jet d'eau de haute pression ; entre 80 et 100 bars, pour éliminer les poussières restées collées dans les cavités.

Une période de 24 à 48 heures est nécessaire pour leur séchage. Toujours dans cette salle, pour créer un vide dans la cavité, elles sont assemblées et fermées hermétiquement pour éviter toute "contamination".

 

De nombreuses précautions sont alors mises en place pour sécuriser au maximum les futures accélérations. Afin de limiter les "dangers" extérieurs, des écrans sont positionnés autour des cavités. Ainsi, un premier écran thermique empêche les rayonnements de traverser les parois de la cavité. Un second matelas en cuivre est installé pour refroidir la cavité avec de l'Helium gazeux. Un troisième écran magnétique absorbe les champs magnétiques, même terrestres, qui pourraient dévier le faisceau.

 

�ran thermique

Ecran thermique

ecran cuivre

Ecran de cuivre

 

Enfin, le cryomodule est placé autour de ces nombreuses couches pour empêcher la conduction et les échanges thermiques non maîtrisés. Il est également placé dans un vide intense pour augmenter son efficacité.

 

cryomodule a

Cryomodule de type A

cryomodule b

Cryomodule de type B

 



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