R3B
Reaction studies with Relativistic Radioactive Beams
R3B

Complexe d'accélérateurs et de salles d'expériences FAIR

 

Objectifs:

Etude de la structure nucléaire et des mécanismes des réactions nucléaires par reconstruction cinématique complète, avec des faisceaux exotiques et des faisceaux stables.
L'expérience R3B se place dans le cadre du projet FAIR de GSI (Facility for Antiproton and Ion Research, http://www.gsi.de/fair). Le projet FAIR rassemble plusieurs thématiques de physique autour d’une même installation :  la physique des noyaux exotiques, la physique hadronique avec les collisions proton – antiproton, l’étude des réactions d’ions lourds relativistes (quelques dizaines de GeV par nucléon), la physique des plasmas et la physique atomique. 
La collaboration internationale R3B (Reaction studies with Relativistic Radioactive Beams, http://www-land.gsi.de/r3b) met en place un programme consacré à la physique des ions radioactifs avec des faisceaux dont l'énergie sera comprise entre 150 MeV par nucléon et 1,5 GeV par nucléon. La production des faisceaux radioactifs se fait par la méthode de la fragmentation en vol : un faisceau primaire stable est envoyé sur une cible de production et on sélectionne en masse et en charge à l'aide d'un spectromètre magnétique les fragments issus de ces réactions pour former un faisceau secondaire parfaitement identifié d'isotopes radioactifs.
Parmi les installations de physique nucléaire européennes ou dans le monde capables de produire des faisceaux exotiques, le laboratoire du GSI (Gesellschaft für SchwerIonenforschung) à Darmstadt en Allemagne est actuellement le seul accélérateur où peuvent être réalisées des expériences utilisant des faisceaux stables ou radioactifs ayant une énergie cinétique de l'ordre de 1 GeV par nucléon. L'utilisation de faisceaux de relativement haute énergie dans la physique des ions lourds permet en particulier de s'affranchir d'une bonne partie des effets des mécanismes de réaction et d'obtenir ainsi des informations plus précises sur la structure nucléaire à partir des observables expérimentales.  FAIR / R3B profitera donc de la longue expérience de GSI dans ce genre de physique.

Au cours des dix dernières années, les réactions sur cible fixe des faisceaux secondaires de haute énergie ont développé leur potentiel d'outils exploratoires des propriétés des noyaux atomiques loin de la stabilité. Elles ont permis, par exemple par l'extraction de données spectroscopiques détaillées et faiblement influencées par les mécanismes de réaction, d'avancer dans la compréhension de l'interaction nucléaire et de la structure des noyaux. Le niveau d’énergie exigé par ces faisceaux relativistes (1 GeV par nucléon) ainsi que la grande intensité qu'il sera possible d'atteindre auprès de la future installation FAIR/R3B nécessitent la construction d’outils expérimentaux aux performances accrues : un aimant principal à plus fort champ magnétique, des détecteurs plus rapides et permettant d'atteindre de meilleures résolutions dans la reconstruction de la cinématique des réactions.

Le groupe spallation du service de physique nucléaire (SPhN) suit deux objectifs au sein de la collaboration R3B : l'étude en cinématique inverse et en coïncidence de la spallation des noyaux lourds (208Pb & 238U) et l'étude de la fission des actinides mineurs par excitation coulombienne dans une cible d'éléments lourds. L'installation R3B sera la seule dans le monde où ces expériences seront possibles.

 

 

 Contexte:

Expériences concurrentes:

- RIKEN (Japon) : faisceaux stables et exotiques. L'installation de production des faisceaux radioactifs RIKEN est déjà en fonctionnement, dans une phase de mise en route et d'étalonnage des équipements expérimentaux. L'énergie maximale accessible à RIKEN sera de l'ordre de 350 MeV par nucléon, plus faible donc qu'à R3B.

- RIA (Radioactive Ion Accelerator, États-Unis), projet actuellement en discussion et en phase de conception, dont l'énergie maximale sera de l'ordre de 500 MeV par nucléon.

 Les projets FAIR et R3B se situent donc dans un contexte scientifique international très concurrentiel. Les projets d'accélérateurs d'ions lourds radioactifs en cours de construction ou prévus en Europe sont : SPIRAL 2 au GANIL et FAIR. D'autres sont déjà en fonctionnement, essentiellement à des intensités de faisceaux nettement moindres.

Il est plus correct de parler de complémentarité entre SPIRAL 2 et FAIR que de concurrence. En effet, les mécanismes de production des faisceaux radioactifs sont très différents entre les deux installations ce qui fait que les faisceaux disponibles seront aussi différents, SPIRAL 2 devant se spécialiser sur les faisceaux produits avec les fragments de fission de l'uranium-238. De même, les énergies des faisceaux de SPIRAL 2 seront de l'ordre de quelques MeV par nucléon, à comparer aux centaines de MeV des faisceaux qui seront utilisés à R3B.

 

Localisation:

Laboratoire GSI,  à Darmstadt en Allemagne, sur l'installation FAIR. R3B rassemblera toutes les expériences qui nécessiteront l'utilisation de faisceaux exotiques ou stables de plusieurs centaines de MeV par nucléon. Elle se situera en aval de la ligne "Super-FRS" (Superconducting FRagment Separator) qui assurera la production, la sélection magnétique et l'identification des faisceaux secondaires produits dans la cible primaire de béryllium. Les premières expériences sont prévues pour 2011 - 2012.

 

Contribution du Dapnia (scientifique et technique)

-Les contributions:

 

 Au sein de l'ensemble de détection, le DAPNIA participe à :
- la construction du spectromètre de grande ouverture GLAD (GSI Large Acceptance Dipole), de sa conception à sa réalisation (voir fiche-projet R3B-GLAD)
- l'étude d'un nouveau détecteur multi-trace de type chambre à projection temporelle, TPC (voir fiche-projet R3B-TPC).

 

Ampleur de l'expérience

 La collaboration R3B rassemble environ 150 physiciens provenant d'une cinquantaine d'organismes de recherche et d'universités dans le monde (Europe, Inde, Chine, Amérique). 

- Contacts:

 
Responsable Scientifique: Jean-Eric DUCRET
Chef de projet R3B-GLAD: Bernard Gastineau
Chargé d'évaluation du projet R3B-TPC: Philippe Legou

 

 Thémes et programmes: 

La matière nucléaire dans ses états extrêmes/Noyaux exotiques

Physique pour l'énergie nucléaire/Données nucléaires et modélisation

Site de R3B

 
R3B

Dispositif expérimental R3B

Carte de champ magnétique et indication des différentes trajectoires. En amont et en aval de la zone colorée, le champ magnétique est inférieur à 20 mT.

Maj : 29/09/2017 (318)

 

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