Le Ganil poursuit avec succès la mise en service de Spiral2 (Système de production d'ions radioactifs en ligne de 2de génération) qui compte :
- deux sources d'ions produisant l'une, des faisceaux d'ions lourds, et l'autre, des faisceaux d'ions légers,
- une cavité radiofréquence qui « met en paquets » les faisceaux précédents et produit une première accélération des ions,
- 26 cavité supraconductrices qui poursuivent l'accélération des ions jusqu'à l'énergie nominale.
Un faisceau de protons quasiment sans pertes en sortie du Linac
La montée en puissance du Linac a été prévue très progressive, en quatre phases. Le record de novembre 2020 (faisceau de protons de 16 kW à intensité maximale, soit 3x1016 particules par seconde) marque le début de la 4e étape, les deux premières, en 2019, n'utilisant qu'un faisceau de très faible intensité afin de ne pas endommager la machine en cas de perte de particules et la 3e représentant la montée à l'intensité maximale.
Avec ce record, les exploitants démontrent leur excellente maîtrise du faisceau, avec un niveau de pertes de faisceau extrêmement faible, inférieur à une dizaine de watts dans toute la machine. Ce succès résulte en particulier de collaborations entre des équipes de l'Irfu et celles du Ganil qui ont contribué à une très bonne compréhension de la physique de l'accélération – fruit de nombreuses simulations et calculs d'erreurs – et au développement de plusieurs techniques de pointe (asservissements radiofréquence notamment).
(c)P.Stroppa/CEA
La montée en puissance finale vers la valeur nominale de 200 kW sera obtenue en accélérant un faisceau de deutérium de 5 mA à 40 MeV.
Neutrons for Science convertit les protons en neutrons
En décembre 2019, un premier faisceau de protons accélérés à 33 MeV dans le Linac a irradié dans la chambre à réaction de NFS des échantillons de fer et de cuivre, qui ont ensuite été transférés par voie pneumatique jusqu'à une station de mesure. Les sections efficaces de réaction par activation des divers noyaux produits par l'irradiation ont été mesurées, en accord avec les données précédemment publiées. Le dispositif d'irradiation et de mesure, construit et mis en œuvre par des physiciens de l'Institut de physique nucléaire (NPI) de Rez (République Tchèque), permettra des mesures inédites de sections efficaces.
En septembre 2020, NFS a produit ses premiers neutrons par interaction entre un faisceau de protons du Linac et des cibles minces de lithium et de béryllium. Leur spectre en énergie quasiment « mono-énergétique » (autour de 30 MeV) a pu être mesuré à l'aide d'un détecteur composé d'un scintillateur liquide couplé à un photomultiplicateur.
Pour les dépôts de puissance supérieures sur des cibles plus épaisses, l'Irfu a conçu et réalisé un ensemble robotisé permettant de charger une cible en carbone ou en béryllium, de la faire tourner et de surveiller son intégrité au cours de l'expérience (vidéo du chargement d'une cible en 2018, avant livraison au Ganil). La cible peut atteindre plus de 900°C et doit donc être refroidie et isolée thermiquement de son support. Par ailleurs, la rotation de la cible doit être contrôlée afin de pouvoir couper le faisceau rapidement en cas d'incident. Le système de contrôle-commande doit enfin garantir que la cible irradiée est soit dans la chambre de réaction en fonctionnement, soit confinée à l'arrêt dans son pot en plomb.
Ce dispositif est essentiel pour la réalisation des futures expériences sur NFS car il permettra de produire les flux de neutrons les plus intenses. Il a été testé avec succès, non pas avec des deutons, encore indisponibles, mais avec un faisceau de protons de 31,9 MeV. Le spectre en énergie des neutrons ainsi produits a été mesuré par la méthode du temps de vol et s'est révélé en très bon accord avec des données antérieures.
Enfin, à l'automne 2020, une première « expérience test » a été réalisée à l'aide du détecteur MEDLEY. Il est constitué d'une chambre à réaction contenant plusieurs télescopes (Si-Si-CsI) permettant de détecter les particules chargées légères, émises par une cible placée dans la trajectoire des faisceaux de neutrons. Deu cibles de CH2 et de C ont été utilisées.