ESS sera la source de neutrons la plus puissante au monde, notamment pour les sciences des matériaux et du vivant.
Ce projet est piloté par un consortium international dont la France est partenaire et repose sur un modèle de contributions où les différents pays fournissent équipements et expertises. Le CEA participe, entre autres, à l'accélérateur de protons ainsi qu'à la conception et à la construction de plusieurs spectromètres de neutrons, dont le spectromètre par temps de vol DREAM (Diffraction Resolved by Energy and Angle Measurements).
DREAM permettra des mesures de diffraction sur des échantillons pulvérulents ou monocristallins avec un flux de neutrons et une résolution inégalés et offrira un large choix de conditions de mesures (température, pression, etc.).
Il sera principalement utilisé sur échantillons polycristallins, pour des mesures simultanées de :
- diffusion de neutrons aux petits angles, permettant des caractérisations jusqu'à l'échelle du nanomètre,
- diffraction de neutrons, avec une résolution comparable à celle des rayons X.
Il sera, en particulier, possible de déterminer la probabilité de trouver un atome à une distance donnée d'un autre atome (par la méthode PDF ou Pair Distribution Function).
Par ailleurs, le champ et l'ouverture de son détecteur permettront d'analyser des échantillons de seulement quelques mm3, avec une résolution temporelle meilleure que la seconde, et seront également adaptés à la résolution de structures de grande maille cristalline (zéolithes, Metal-organic frameworks, etc.).
Ces types d'études intéressent des domaines de recherche variés :
- sciences des matériaux pour le stockage de l'hydrogène ou les batteries,
- catalyse,
- nouveaux composés combinant magnétisme et supraconductivité, etc.
Techniquement, le LLB est responsable de la salle expérimentale. Celle-ci est dimensionnée pour protéger les utilisateurs du rayonnement intense incident sur l'échantillon (grâce à des murs en béton de 80 cm d'épaisseur) et abriter les détecteurs et l'environnement échantillon, tout en permettant divers scénarios d'accès aux échantillons et aux maintenances.
Cette salle a été construite en coulant du béton, sur place et par niveaux, dans des blocs de béton préfabriqués, afin de :
- garantir une continuité de matière et éviter les fuites neutroniques,
- simplifier la déconstruction future.
La salle est divisée en deux zones disposées « en série » – la seconde zone utilisant le faisceau transmis, issu de la première – ce qui permet d'effectuer des mesures simultanées sur un même instrument pour deux échantillons différents.
Les travaux d'installation ont débuté en janvier 2022 et ont été achevés avec la recette sur site en septembre 2022.