Linac de l'installation SPIRAL2 au GANIL
L'accélérateur linéaire de SPIRAL2 a généré ses premières impulsions de protons conformes à ses objectifs. A savoir, avec une énergie finale de 33 MeV et une intensité instantanée de presque 5mA. /Image Philippe STROPPA/CEA/CNRS

Le LINAC-SPIRAL2 en route vers la pleine puissance

Institutionnel Physique nucléaire

En octobre, le personnel du GANIL a franchi deux étapes très importantes dans le démarrage du nouvel accélérateur linéaire de SPIRAL2 et la mise en route de la salle NFS, la première qui sera ouverte à la science l’an prochain. Petit tour d’horizon avec Navin Alahari, directeur du GANIL.

Il y avait de quoi retenir son souffle. Début octobre, les équipes du LINAC ont réussi à produire et accélérer les premières impulsions de faisceau en configuration nominale, avec une énergie finale de 33 MeV et une intensité instantanée de presque 5mA. En d’autres termes, des paquets de protons ont été densifiés à l’extrême puis injectés et accélérés à la vitesse maximale dans l’accélérateur linéaire. « Cette étape était probablement la plus grosse inconnue de la mise en service, indique Navin Alahari, directeur du GANIL. Nous ne savions pas exactement comment ces paquets très denses de protons, qui ont une forte tendance à se repousser entre eux, allaient se comporter dans l’accélérateur. » Une mauvaise maîtrise du phénomène aurait effectivement des conséquences graves. Elle conduirait immanquablement à des pertes de faisceaux incontrôlées et à l’irradiation intense des éléments de la machine, impactant leur durée de vie.

Environ un an après l’accélération réussie des premiers protons à travers le linac, tout le monde était donc présent dans la salle de contrôle de SPIRAL2 pour assister à ce test primordial. Conduit en n’accélérant qu’un paquet sur 200, c’est-à-dire avec un faisceau d’une puissance moyenne de l’ordre de 1 kW, le test a démontré une très bonne maîtrise des pertes le long de la machine. Indiquant, à la grande satisfaction de tous, une bonne compréhension des phénomènes physiques en jeu durant les processus de formation, d’accélération et de guidage du faisceau. Cette réussite sonne donc comme la confirmation des très bonnes performances du LINAC et laisse espérer des lendemains qui chantent pour les prochaines phases de la mise en service qui consisteront à poursuivre la montée en puissance et à accélérer d’autres types de faisceaux. « Nous allons en particulier pouvoir préparer la prochaine étape importante du LINAC avec la production de deutons, explique Navin Alahari. Nous la testerons l’an prochain, mais maintenant que la machine a montré son excellent fonctionnement avec les protons, ce qui correspond a priori aux conditions les plus difficiles à maîtriser, nous espérons que cela ne sera qu’une formalité. »

Premier faisceau de neutrons mono énergétiques

Aussitôt après ce succès les équipes ont enclenché la phase de caractérisation du faisceau de neutrons dans la salle d’expérience NFS qui sera la première à entrer en service l’an prochain. Des paquets de faisceau d’intensité réduite à 0,7mA ont été envoyés sur le convertisseur proton/neutron de la salle NFS afin de produire le tout premier spectre de neutrons mono-énergétiques. La figure montre la qualité des faisceaux obtenus avec 2 types de convertisseur (Li, ou Be).

Spectre de neutrons mono  énergétiques avec une cible de lithium et une autre de béryllium
Spectre de neutrons mono-énergétiques obtenu avec deux cibles fines dans la salle NFS. En rouge, résultat obtenu avec une cible de conversion proton/neutron en béryllium et en noir avec une cible de lithium. Image GANIL

« C’est la première fois qu’à GANIL un faisceau de neutrons est produit, le moment était historique pour nous, » précise avec enthousiasme Navin Alahari. Cette étape de la caractérisation est cruciale pour bien cerner toutes les composantes du faisceau et être en mesure de faire des prises de données scientifiques fiables avec. L’opération a été réalisée avec des cibles fines pour commencer. Il reste maintenant à faire de même avec des cibles épaisses, qui seront le véritable test, mais toujours à intensité faisceau réduite. Le fonctionnement de NFS à pleine puissance attendra 2021.

Ces deux avancées majeures, qui font suite à la récente démonstration du premier faisceau en décembre 2019, ouvrent donc la voie à un nouveau programme scientifique utilisant un faisceau de neutrons à GANIL-SPIRAL2. La variété des faisceaux de particules chargées (faisceaux d'ions stables et exotiques) délivrés par les cyclotrons, et maintenant les neutrons grâce au Linac, font du GANIL la seule installation au monde à fournir une telle diversité de faisceaux.

Pour en savoir plus

Contact

Navin Alahari
Directeur du GANIL
Jean-Luc Biarrotte
DAS Accélérateurs et technologies
Fanny Farget
DAS Nucléaire et applications
Emmanuel Jullien
Responsable de la cellule communication de l'IN2P3