{"id":3316,"date":"2020-12-15T11:01:29","date_gmt":"2020-12-15T10:01:29","guid":{"rendered":"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/?p=3316"},"modified":"2020-12-17T16:25:41","modified_gmt":"2020-12-17T15:25:41","slug":"mise-en-service-du-linac-de-spiral2-et-demarrage-de-linstallation-nfs-retour-sur-une-annee-de-montee-en-puissance-progressive","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/fr\/2020\/12\/15\/mise-en-service-du-linac-de-spiral2-et-demarrage-de-linstallation-nfs-retour-sur-une-annee-de-montee-en-puissance-progressive\/","title":{"rendered":"Mise en service du LINAC de SPIRAL2 et d\u00e9marrage de l’installation NFS: retour sur une ann\u00e9e de mont\u00e9e en puissance progressive"},"content":{"rendered":"\n
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Nouvelle puissance faisceau record en sortie LINAC SPIRAL2.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Le GANIL met en service son nouvel acc\u00e9l\u00e9rateur lin\u00e9aire supraconducteur (LINAC \u2013 Figure 1). Cet acc\u00e9l\u00e9rateur de forte puissance dote le GANIL de nouvelles possibilit\u00e9s en terme de faisceaux au service de la recherche en physique nucl\u00e9aire. En fournissant des faisceaux d’une intensit\u00e9 allant jusqu’\u00e0 5 mA (3×1016<\/sup> particules par seconde) le LINAC de la nouvelle installation SPIRAL2 (Syst\u00e8me de Production d\u2019Ions Radioactifs en Ligne de 2nd<\/sup> g\u00e9n\u00e9ration) permettra aux diff\u00e9rents programmes scientifiques et techniques du GANIL de franchir de nouvelles fronti\u00e8res.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

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Figure 1 : vue de l\u2019acc\u00e9l\u00e9rateur lin\u00e9aire Spiral2 avec les douze premiers cryomodules con\u00e7us par le CEA\/Irfu et int\u00e9gr\u00e9s et test\u00e9s au DACM, et les sept derniers con\u00e7us par le CNRS.
\u00a9 P.Stroppa\/CEA<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Un faisceau de protons de 16 kW a \u00e9t\u00e9 d\u00e9livr\u00e9 par le LINAC de SPIRAL2 fin novembre 2020. Cela repr\u00e9sente 10% de la puissance maximale de la machine en protons et marque un jalon d\u2019importance pour le projet. La mont\u00e9e en puissance s\u2019est faite progressivement, selon le sch\u00e9ma pr\u00e9vu en 4 phases permettant de maitriser les risques et de valider l\u2019acc\u00e9l\u00e9ration des faisceaux (Figure 2). Les deux premi\u00e8res phases ont \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9es en 2019 avec un faisceau de tr\u00e8s faible intensit\u00e9, permettant de ne pas endommager la machine en cas de perte de particules.<\/p>\n

Depuis la reprise des activit\u00e9s \u00e0 la sortie du premier confinement en 2020, de gros efforts ont \u00e9t\u00e9 fournis par les \u00e9quipes afin d\u2019entamer une mont\u00e9e en puissance progressive du courant faisceau jusqu\u2019\u00e0 son intensit\u00e9 pic nominale. De nombreuses \u00e9tudes machine ont permis de r\u00e9soudre une \u00e0 une les diff\u00e9rentes difficult\u00e9s inh\u00e9rentes au fonctionnement d\u2019une machine d\u2019une telle puissance. Le 10 octobre 2020 un faisceau de 4.8 mA a \u00e9t\u00e9 acc\u00e9l\u00e9r\u00e9, repr\u00e9sentant la fin de la phase 3 de mont\u00e9e en puissance dans le respect des r\u00e8gles d\u2019exploitation d\u2019une INB. Elle d\u00e9montre la maitrise de la pleine intensit\u00e9 faisceau.<\/p>\n

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Figure 2 : Phases et jalons de la mont\u00e9e en puissance de SPIRAL2<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Le 18 novembre dernier, un faisceau d\u2019une puissance de 16 kW a \u00e9t\u00e9 acc\u00e9l\u00e9r\u00e9 jusqu\u2019\u00e0 l\u2019arr\u00eat faisceau principal de l\u2019acc\u00e9l\u00e9rateur (Figure 3). Il d\u00e9montre la maitrise du niveau de pertes faisceau extr\u00eamement faible, inf\u00e9rieur \u00e0 une dizaine de watts dans toute la machine. Ce contr\u00f4le des pertes a \u00e9t\u00e9 rendu possible gr\u00e2ce \u00e0 une tr\u00e8s bonne compr\u00e9hension de la physique de l\u2019acc\u00e9l\u00e9ration, fruit de nombreuses simulations et calculs d\u2019erreurs, et par l\u2019optimisation de plusieurs techniques de pointe comme le r\u00e9glage des asservissements de l\u2019injection de l\u2019onde RF au passage du faisceau ou l\u2019utilisation de fonction avanc\u00e9e comme le \u00ab feedforward \u00bb des cavit\u00e9s, mis au point par l\u2019Irfu\/DIS au sein de l\u2019\u00e9lectronique de contr\u00f4le LLRF que ce laboratoire a d\u00e9velopp\u00e9. A noter que durant toutes ces phases, le GANIL a pu s\u2019appuyer sur l\u2019expertise RF du DACM en particulier durant le conditionnement des cavit\u00e9s ainsi que sur un soutien actif en optique faisceau en particulier concernant l\u2019am\u00e9lioration du mod\u00e8le th\u00e9orique de la machine bas\u00e9e sur les outils de simulation du DACM.<\/p>\n\n\n\n

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Figure 3: Obtention des 16 kW de proton dans l\u2019acc\u00e9l\u00e9rateur SPIRAL2 en novembre 2018.<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Ce dernier jalon valide les tr\u00e8s bonnes performances de l\u2019acc\u00e9l\u00e9rateur et permet d\u2019envisager sereinement la mont\u00e9e en puissance finale vers la valeur nominale de 200 kW qui sera obtenue en acc\u00e9l\u00e9rant un faisceau de deut\u00e9rium de 5 mA. Cet objectif commence d\u00e8s maintenant par le r\u00e9glage de faisceaux d\u2019h\u00e9lium pour pr\u00e9parer les faisceaux de deut\u00e9rium qui seront produits en 2021. L\u2019exploitation des faisceaux du LINAC par les Physiciens d\u00e9butera \u00e0 l’automne 2021.<\/p>\n

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Mise en service de l\u2019installation Neutrons For Science au GANIL<\/strong><\/p>\n

L\u2019installation NFS (Neutrons For Science) a re\u00e7u les premiers faisceaux de protons d\u00e9livr\u00e9s par l\u2019acc\u00e9l\u00e9rateur lin\u00e9aire de la nouvelle installation SPIRAL2 du GANIL en d\u00e9cembre 2019. En marge de la mise en service progressive de l\u2019acc\u00e9l\u00e9rateur en 2020, de courtes p\u00e9riodes de faisceau ont \u00e9t\u00e9 mises \u00e0 profit pour tester avec succ\u00e8s plusieurs \u00e9l\u00e9ments de NFS. Les premi\u00e8res exp\u00e9riences sont pr\u00e9vues aupr\u00e8s de l\u2019installation \u00e0 l\u2019automne 2021.<\/p>\n

Un premier faisceau de protons acc\u00e9l\u00e9r\u00e9s \u00e0 33 MeV a \u00e9t\u00e9 envoy\u00e9 en d\u00e9cembre 2019 dans la station d\u2019irradiation de NFS (figure 1), coupl\u00e9e \u00e0 un syst\u00e8me de transfert pneumatique permettant de transporter les \u00e9chantillons irradi\u00e9s jusqu\u2019\u00e0 une station de mesure. Les sections efficaces de production de plusieurs noyaux obtenus par irradiation d\u2019\u00e9chantillons de fer et de cuivre ont ainsi \u00e9t\u00e9 mesur\u00e9es. Les r\u00e9sultats de ce test sont en accord avec les donn\u00e9es pr\u00e9c\u00e9demment publi\u00e9es. Le dispositif d\u2019irradiation et de mesure, construit et op\u00e9r\u00e9 par des physiciens du laboratoire NPI de Rez (R\u00e9publique Tch\u00e8que), sera utilis\u00e9 dans le futur pour des mesures in\u00e9dites de sections efficaces de r\u00e9action par activation.<\/p>\n\n\n\n

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Figure 1 : Photographie de la station d’irradiation de l’installation NFS.<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Les premiers neutrons produits par l\u2019interaction d\u2019un faisceau de protons avec des cibles (convertisseurs) minces de lithium et de b\u00e9ryllium ont \u00e9t\u00e9 produits en septembre 2020. Le spectre en \u00e9nergie et le flux des neutrons produits \u00e0 z\u00e9ro degr\u00e9 ont \u00e9t\u00e9 mesur\u00e9s avec un d\u00e9tecteur constitu\u00e9 d\u2019une cellule de scintillateur plastique coupl\u00e9 \u00e0 un photomultiplicateur. L\u2019\u00e9nergie des neutrons \u00e9tait d\u00e9termin\u00e9e par la technique du temps de vol, c\u2019est-\u00e0-dire par la mesure du temps que les neutrons mettent \u00e0 parcourir la distance s\u00e9parant leur point de production du d\u00e9tecteur. Les caract\u00e9ristiques temporelles du faisceau (largeur en temps d\u2019une bouff\u00e9e de neutrons et fr\u00e9quence de ces paquets) autorisent la mesure de l\u2019\u00e9nergie des neutrons sur tout le domaine en \u00e9nergie (1-30 MeV) avec une bonne r\u00e9solution. Le spectre des neutrons g\u00e9n\u00e9r\u00e9s par l\u2019interaction des protons avec des cibles minces de lithium et de b\u00e9ryllium est quasi mono-\u00e9nerg\u00e9tique comme le montre la figure 2.<\/p>\n\n\n\n

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Figure 2 : Spectre quasi mono-\u00e9nerg\u00e9tique des neutrons produits \u00e0 0\u00b0 lors de l\u2019interaction d\u2019un faisceau de proton de 31,9 MeV avec les convertisseurs fins de lithium et de b\u00e9ryllium.<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Un convertisseur rotatif plus \u00e9pais en B\u00e9ryllium con\u00e7u pour supporter un d\u00e9p\u00f4t de puissance de 2 kW correspondant \u00e0 un faisceau de deutons de 40 MeV \u00e0 une intensit\u00e9 moyenne de 50 \u00b5A a \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9 par le DIS\/Irfu. Les comp\u00e9tences de DIS allant des calculs thermiques, de la conception et la r\u00e9alisation m\u00e9canique \u00e0 l\u2019\u00e9lectrotechnique et l\u2019automatisme, leurs \u00e9quipes ont con\u00e7u, r\u00e9alis\u00e9, mont\u00e9 et mis au point l\u2019ensemble robotis\u00e9. Celui-ci permet de charger une cible d\u2019\u00e9paisseur variable, puis de piloter sa rotation et de surveiller son int\u00e9grit\u00e9 sous 2 kW de deutons. Une gestion \u00e0 distance permet finalement de garantir le chargement et le d\u00e9chargement de la cible \u00e0 l\u2019int\u00e9rieur de la chambre \u00e0 r\u00e9action jusqu\u2019\u00e0 sa mise en stockage.<\/p>\n

Ce dispositif est essentiel pour la r\u00e9alisation des futures exp\u00e9riences sur NFS car il permettra de produire les flux de neutrons les plus intenses. Les deutons n\u2019\u00e9tant pas encore disponibles aupr\u00e8s du LINAC au moment du test, c\u2019est un faisceau de protons de 31,9 MeV qui a \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9. Le spectre en \u00e9nergie des neutrons mesur\u00e9 par la m\u00e9thode du temps de vol est pr\u00e9sent\u00e9 sur la figure 3. Dans ce cas le spectre en \u00e9nergie est continu. Comme illustr\u00e9 dans la figure, il est en tr\u00e8s bon accord avec des donn\u00e9es ant\u00e9rieures. Des tests de puissance ont \u00e9galement \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9s au cours desquels l\u2019\u00e9volution de la temp\u00e9rature en diff\u00e9rents points du convertisseur \u00e9tait mesur\u00e9e en fonction de la puissance de faisceau d\u00e9pos\u00e9e. Une puissance de 1350 W a \u00e9t\u00e9 atteinte et les temp\u00e9ratures mesur\u00e9es sont en accord avec les valeurs simul\u00e9es.<\/p>\n\n\n\n

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Figure 3 : Spectre en \u00e9nergie des neutrons produits par l\u2019interaction d\u2019un faisceau de proton de 31,9 MeV avec un convertisseur \u00e9pais de b\u00e9ryllium.<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Enfin au cours l\u2019automne 2020, une premi\u00e8re exp\u00e9rience test a \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9e \u00e0 l\u2019aide du d\u00e9tecteur MEDLEY. Il est constitu\u00e9 d\u2019une chambre \u00e0 r\u00e9action contenant plusieurs t\u00e9lescopes (Si-Si-CsI) permettant de d\u00e9tecter les particules charg\u00e9es l\u00e9g\u00e8res \u00e9mises par une cible plac\u00e9e dans la trajectoire des faisceaux de neutrons. Les signaux g\u00e9n\u00e9r\u00e9s par ces d\u00e9tecteurs \u00e9taient trait\u00e9s par des modules \u00e9lectroniques NUMEXO2 r\u00e9alis\u00e9s au GANIL. Deux cibles de CH2<\/sub> et de C ont \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9es. La figure 4 montre un exemple de spectre produit \u00e0 l\u2019aide de deux d\u00e9tecteurs d\u2019un t\u00e9lescope permettant l’identification des particules charg\u00e9es l\u00e9g\u00e8res \u00e9mises au travers de leurs pertes d\u2019\u00e9nergies dans les d\u00e9tecteurs (\u2206E1-\u2206E2).<\/p>\n\n\n\n

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Figure 4 : Matrice d\u2019identification en perte d\u2019\u00e9nergie (\u2206E1-\u2206E2) des particules charges \u00e9mises par une cible de CH2 <\/sub>irradi\u00e9e par un faisceau quasi mono-\u00e9nerg\u00e9tique de neutrons.<\/em><\/figcaption><\/figure>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Un faisceau de protons de 16 kW a \u00e9t\u00e9 d\u00e9livr\u00e9 par le LINAC de SPIRAL2 fin novembre 2020. Cela repr\u00e9sente 10% de la puissance maximale de la machine en protons et marque un jalon d\u2019importance pour le projet. La mont\u00e9e en puissance s\u2019est faite progressivement, selon le sch\u00e9ma pr\u00e9vu en 4 phases permettant de maitriser les […]<\/p>\n","protected":false},"author":15,"featured_media":3275,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_locale":"fr_FR","_original_post":"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/?p=3316"},"categories":[19],"tags":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3316"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/wp-json\/wp\/v2\/users\/15"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=3316"}],"version-history":[{"count":5,"href":"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3316\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":3331,"href":"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3316\/revisions\/3331"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/wp-json\/wp\/v2\/media\/3275"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=3316"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=3316"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=3316"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}