R3B
Reaction studies with Relativistic Radioactive Beams
R3B

Complexe d'accélérateurs et de salles d'expériences FAIR

Object

L'expérience R3B se place dans le cadre du projet FAIR de GSI (Facility for Antiproton and Ion Research). 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) 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.

 

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.

Un des axes de recherche principaux du groupe LENA du DPhN est la structure des noyaux exotiques et, plus récemment, l'étude des corrélations de courte portée dans les noyaux exotiques. L'accélérateur de GSI et, plus tard, FAIR, sont les instruments idéaux pour effectuer ces genres de mesures.  

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. 

La construction de FAIR a été divisé en différentes phases. La première dite "phase 0" a démarré en 2018 et permettra d'effectuer des expériences avec le dispositif R3B conçu pour FAIR et les faisceaux livrés par l'accélérateur de GSI, en attendant l’achèvement de la construction du système d'accélérateurs de FAIR.

 
 
R3B

Dispositif expérimental R3B pendant la phase 0.

Contexte:

Les accélérateurs de RIKEN et NSCL/FRIB sont les principaux concurrents de GSI/FAIR. L'installation de production des faisceaux radioactifs RIKEN, déjà en fonctionnement, permets de délivrer des faisceaux primaires avec énergie de 350 MeV par nucléon, plus faible donc qu'à R3B. FRIB, l'upgrade de NSCL en phase de construction, vise des énergies de 300 MeV par nucléon.

Par rapport à SPIRAL2, il est plus correct de parler de complémentarité plutôt 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.

Contribution de l'Irfu (scientifique et technique):

L'Irfu a conçu et realisé le spectromètre de grande ouverture GLAD (GSI Large Acceptance Dipole), un élément clef du dispositif R3B qui a été livré en 2015 et utilisé depuis 2018. De plus, l'IRFU a conçu et realisé, dans le cadre du projet ANR COCOTIER, une cible d'hydrogène liquide qui a été utilisée pour la première fois en mars 2021. Ceci est un atout pour realiser les experiences basées sur une réaction de diffusion quasi-libre, come l'étude des corrélations de courte portée et plusieurs expériences au coeur du programme de R3B.

Contacts:

Responsable Scientifique de COCOTIER: Anna Corsi
Chef de projet R3B-GLAD: Bernard Gastineau, puis Christophe Mayri 
 
#318 - Màj : 03/05/2021

 

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