Moyens expérimentaux
Moyens expérimentaux

Table des noyaux : faisceaux actuels GANIL/SPIRAL.

 Moyens d'investigation

Les résultats expérimentaux sur les noyaux exotiques sont obtenus par différentes sondes (avec plusieurs types de réactions, en employant une grande variété de faisceaux et d'énergies et diverses techniques de détection) auprès des principaux centres de recherche sur les noyaux radioactifs : le GANIL, GSI en Allemagne, RIKEN au Japon et MSU aux Etats-Unis.
Les différentes mesures sont confrontées, interprétées et comparées aux modèles nucléaires ; c’est ainsi que les physiciens approfondissent leurs connaissances sur les interactions nucléaires et peuvent découvrir de nouveaux phénomènes dans les noyaux éloignés de la vallée de stabilité.

Voir l'onglet SCIENCE sur l'exploitation des faisceaux et l'implication du DAPNIA dans les futurs programmes de physique avec SPIRAL2.

 

Description technique

Le projet SPIRAL2 repose sur la production de faisceaux radioactifs par les techniques de type ISOL ou de production en vol à basse énergie. Ces opérations seront assurées par le driver multi-faisceaux. 
Un accélérateur linéaire (linac) supraconducteur d'ions légers ou lourds fonctionnera avec un potentiel d'accélération d'environ 40 MV, il pourra accélérer les deutons d'intensité 5 mA jusqu'à 40 MeV et des ions lourds d'1 mA jusqu'à 14.5 MeV/nucléon. Ce linac du GANIL est nommé LINAG.
L'installation SPIRAL2 sera composée de l'accélérateur et de ses locaux techniques industriels (usine cryogénique, liquéfacteur hélium, etc.…). Il sera situé dans un bâtiment de plain pied de conception classique. Ce bâtiment intègrera des murs de blindage (ex : béton de 1,5 m d’épaisseur) autour des équipements de l’accélérateur.

L'accélérateur regroupera trois instruments : l'injecteur, le linac cryogénique et la cible. L'injecteur rassemble plusieurs éléments qui sont regroupés par niveau énergétique : ce sont les lignes de Basse Energie (LBE), la RFQ, et la ligne de moyenne énergie (LME).

Les faisceaux accélérés par le linac pourront bombarder des cibles minces ou épaisses, et être ainsi employés pour la production de faisceaux radioactifs intenses par des mécanismes de réaction variés  (fusion, fission, réactions de transfert multi-nucléons notamment pour la production des faisceaux légers etc.) et par plusieurs techniques (ISOL, IGISOL, spectromètres de recul, etc...). De plus, l’accélération de faisceaux d’ions lourds à haute intensité, grâce à l’avènement des nouvelles générations de sources d’ions ECR, permettra de mener des expériences de fusion-évaporation. 

La production des faisceaux radioactifs de noyaux lourds riches en neutrons à haute intensité reposera sur la fission de l'uranium induite par le bombardement d'un faisceau de neutrons (obtenus par la cassure des noyaux d'un faisceau de deutons frappant le convertisseur de graphite de la cible de carbure d'uranium) ou bien par l'irradiation directe avec un faisceau de deutons, de noyaux d'3He ou d'4He. Un taux de 1014 fissions/s devrait être atteint dans le cadre du projet.

 
Moyens expérimentaux

Table des noyaux : zone des faisceaux riches en neutrons obtenus comme fragments de fission avec la cible de production UCx de SPIRAL2. D’autre part, des faisceaux légers seront produits à partir de réactions de transfert multi-nucléons induites par les faisceaux stables intenses du LINAG de SPIRAL2.

 Parmi tous les ions produits dans la cible de carbure d'Uranium, une gare de triage permettra la sortie sur deux voies distinctes des ions radioactifs légers et des lourds.

  • Une première voie dirigera un ion d’intérêt vers une salle de physique de l’actuelle installation, cette aire LIRAT (ligne d'ions radioactifs de basse énergie) recevra directement des ions à l'énergie de sortie de la source (jusqu'à 60 keV totale).
  • Une deuxième voie dirigera l’ion d’intérêt vers un booster chargé de transformer un noyau radioactif simplement ionisé en noyau radioactif multichargé (ion X+ en Xn+). Les noyaux sortant du booster seront ensuite transportés vers les installations existantes.

La post-accélération des faisceaux radioactifs sera assurée par le cyclotron CIME existant, qui est bien adapté pour la séparation et l'accélération des ions dans la gamme d'énergie entre 3 et 10 MeV/nucléon pour les noyaux de nombre de masse  A~100-150. 

Les faisceaux SPIRAL2, avant ou bien après accélération, seront envoyés via des lignes dédiées dans les aires expérimentales de physique. Les faisceaux seront utilisés dans les aires existantes du GANIL ou dans certaines salles, en construction, prévues pour des applications spécifiques  (voir Science).

 

Spécificités

L'installation comportera deux dispositifs d'accélération : l'accélérateur linéaire cryogénique, constitué de RFQ et de cavités, est conçu pour accélérer des ions lourds stables A/Q=3 jusqu’à 14,5 A.MeV (1mA) et également des deutons jusqu’à 40 MeV (5mA).
Des faisceaux radioactifs jusqu’à 6-9 A.MeV seront obtenus par fission (1014/s) à partir du faisceau de deutons de 40 MeV envoyé sur une cible de carbure d’Uranium.
La production des faisceaux radioactifs et la réalisation de l’injecteur en q/A=1/3 seront
assurées prioritairement, la conception de l’extension en q/A= 1/6 sera réalisée en parallèle.
La priorité a été donnée à la source Phoenix V2 et elle sera accompagnée d’un développement de
faisceaux métalliques.
Avec le dispositif SPIRAL2, l'accélérateur du GANIL aura la capacité de délivrer jusqu'à cinq
faisceaux en parallèle. 

 
Moyens expérimentaux

Table des noyaux accessibles avec les faisceaux produits par SPIRAL2 en combinant différentes techniques [faisceaux du LINAG, faisceaux radioactifs (RIB)].

Maj : 03/12/2013 (1481)

 

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