21 janvier 2013
2012 : une année fructueuse pour le spectromètre AGATA

 

Le spectromètre AGATA (Advanced Gamma Tracking Array) est un spectromètre gamma de nouvelle génération qui permettra de percer les mystères de la structure nucléaire. Il sera à terme composé de 180 cristaux de germanium de très grande pureté. L’Irfu joue un rôle crucial dans la définition des programmes de physique, le management du projet et la construction du spectromètre. L’année 2012 a été une année charnière. Elle a été le témoin de la validation des avancées technologiques mises en place sur le projet, a permis le déménagement du détecteur de Legnaro (Italie) à GSI (Allemagne) pour la réalisation d’une deuxième campagne de physique  et a été une année de référence pour la publication de nombreux articles.


 

 
2012 : une année fructueuse pour le spectromètre AGATA

Figure 1 : a : vue du spectromètre AGATA final – b : segmentation d’un cristal d’AGATA

Le projet AGATA

Le spectromètre AGATA (Advanced Gamma Tracking Array) représente le plus grand défi technologique de ces 50 dernières années en spectroscopie gamma. Il s’agit de construire à terme un détecteur 4 π composé de 180 cristaux de germanium de haute pureté et basé sur un nouveau concept : la traque des gammas (cf figure 1).

 

En effet, les nouveaux enjeux de la physique nucléaire concernent l’étude de phénomènes rares. Il s’agit d’étudier des noyaux dans des états extrêmes. Ceci se traduit par l’exploration de diverses formes du noyau, par l’étude de noyaux de masse et de charge élevées ou par l’étude de noyaux exotiques avec un rapport proton - neutron très différent comparé aux noyaux stables. Pour pouvoir étudier ces noyaux, la sensibilité de détection des détecteurs gamma existants doit être augmentée de 2 à 3 ordres de grandeur. Il sera alors possible, par exemple, d’étudier des noyaux dans des formes extrêmes tels que des noyaux hyperdéformés en rotation rapide. Ce phénomène est prédit par les modèles mais non observé expérimentalement. Il faut par conséquent utiliser un nouveau concept de détecteur  qui permet de suivre la position du gamma dans le germanium.

 

Ceci est possible par la segmentation du cristal en 36 segments (cf figure 1b), une électronique digitale pour la lecture des 6660 voies et une analyse de la forme des signaux. Ceci nous permet d’identifier et de suivre les interactions du rayonnement gamma dans le germanium et par là même de remonter à sa position et son énergie initiales. Ces grandeurs sont essentielles en spectroscopie gamma.
L’originalité du projet tient également dans le fait que le détecteur est à la fois en construction pour atteindre la phase d'acceptance complète(360 degrés) du détecteur et en utilisation auprès des plus grands laboratoires européens. Après une exploitation de 2 ans à Legnaro (Italie), il est actuellement en utilisation à GSI1 (Allemagne) avant d’aller en 2014 – 2016 à GANIL2 (France).
L’Irfu3 est un acteur essentiel de la collaboration. Les physiciens du SPhN4 ont été impliqués dès la conception du détecteur. Ils participent activement à la physique réalisée auprès des différentes installations et sont impliqués dans le pilotage du projet. Les services techniques du SEDI5 et du SIS6 apportent quant à eux une contribution essentielle au fonctionnement du détecteur.

 
2012 : une année fructueuse pour le spectromètre AGATA

Figure 2 : a) Vue de la phase démonstrateur d’AGATA à Legnaro - b) vue de la phase correspondant à 180°d'acceptance

2012 : le passage de témoin entre Legnaro et GSI

 

Au vu de l’ampleur du projet, la construction du détecteur a été découpée en plusieurs étapes. La première consistait à construire un démonstrateur de 15 cristaux de germanium (cf figure 2a) et à l’exploiter de 2010 à 2011 pour une campagne de physique d’une durée totale de 150 jours à Legnaro (Italie). Une vingtaine d’expériences ont été réalisées lors de cette campagne. Ces études ont porté sur une gamme étendue de noyaux allant de l’oxygène (Z = 8) à l’uranium (Z = 92). Différentes propriétés de ces noyaux ont été étudiées telles que leur forme, leur structure ou leur durée de vie. La versatilité d’AGATA peut être appréciée sur la figure 3 qui fait état des différentes expériences réalisées à Legnaro. Le SPhN a participé à trois expériences (en rouge sur la figure 3) et a été porte-parole de deux expériences (en jaune sur la figure 3), dont une a fait l’objet d’une thèse dans le service.

 

La campagne s’est terminée fin 2011 et a permis de prouver la réussite des avancées technologiques mises en place sur le démonstrateur d’AGATA. L’année 2012 a été charnière avec le passage à la phase 1 π du projet (45 détecteurs) (cf figure 2b) et son déménagement à GSI (Allemagne).
Le rôle de l’Irfu a été là encore crucial. Nous avons pris part au déménagement, à l’installation à GSI et au test de l’ensemble. Les implications de l’Irfu dans la partie technique du projet concernent d’une part l’infrastructure: le SIS est maître d’œuvre de la gestion du système de remplissage en azote liquide des détecteurs d’AGATA et des basses tensions. D’autre part, nous sommes impliqués dans les détecteurs d’AGATA. Un laboratoire d’intégration et de validation des cristaux de germanium pour la collaboration AGATA a été installé au SEDI, l’Irfu étant l’un des trois laboratoires réalisant cette validation avec l’IKP7 de Cologne (Allemagne) et l’Université de Liverpool (Grande Bretagne). Ceci a également permis une remise en état des cristaux déplacés de Legnaro au GSI. Une première campagne d’expériences vient de se terminer à GSI.


 

 
2012 : une année fructueuse pour le spectromètre AGATA

Figure 3 : Vue des différentes expériences réalisées à Legnaro avec le démonstrateur d’AGATA

 

 

2012 : l’année des publications

 

 

Plusieurs publications importantes sont parues en 2012. Un article de référence pour le projet AGATA décrivant le détecteur, les avancées technologiques mises en œuvre et la technique d’analyse est paru dans NIM A8 (NIM A 668 (2012) 26–58). Un deuxième article a été publié en septembre dans la revue La Recherche. Cette revue grand public a consacré 7 pages au projet AGATA mettant en exergue l’importance et les implications du projet. Au niveau international AGATA a fait la couverture du journal trimestriel de NUPECC9 « Nuclear Physics News » et du journal de la Société Allemande de Physique (DPG).

 

 

Les prochaines étapes du projet

 

 

Le détecteur actuellement installé à GSI comprend 21 cristaux. Il est prévu qu’à la fin de la campagne à GSI il soit composé de 31 cristaux. Début 2014, le spectromètre sera déménagé à GANIL pour une campagne de physique qui s’étendra jusqu’à fin 2015 – début 2016. La phase 1π du projet (45 cristaux) sera atteinte pour une campagne de plus grande envergure encore au GANIL.
AGATA est et sera un détecteur incontournable pour la spectroscopie gamma auprès des installations existantes et des nouvelles installations telles que SPIRAL210, FAIR11et EURISOL12. Vu l’envergure du projet, nous sommes regroupés au sein d’une collaboration européenne de plus de 40 laboratoires répartis dans 13 pays.

 

 

contact : Marie-Delphine Salsac

 

 

 


1 GSI – Gesellschaft für Schwerionenforschung
2 GANIL – Grand accélérateur national d’ions lourds
3 Irfu - Institut de Recherche sur les lois Fondamentales de l'Univers
4 SPhN – Service de Physique Nucléaire
5 SEDI – Service d’Electronique des Détecteurs et d’Informatique
6 SIS – Service d’Ingénierie des Services
7 IKP – Institut für Kernphysik
8 NIM A - Nuclear Instruments and Methods in PhysicsResearch Section A
9 NUPPEC - The Nuclear Physics European Collaboration Committee
10 SPIRAL2 - Système de Production d'Ions Radioactifs Accélérés en Ligne
11 FAIR - Facility for Antiproton and Ion Research
12 EURISOL - European Isotope Separation On-Line
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Maj : 10/01/2018 (3265)

 

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