S3 (Super Séparateur Spectromètre)
Un spectromètre pour les faisceaux stables de très haute intensité de SPIRAL2

GANIL : SPIRAL 2 Hall expérimental des Ions lourds stables

Le futur accélérateur linéaire supraconducteur de Spiral2 fournira des faisceaux d’ions lourds stables avec des intensités extrêmement élevées. Ils pourront être employés pour produire des noyaux avec des sections efficaces de production très faibles, comme les noyaux superlourds ou des noyaux très déficients en neutrons. S3 a été conçu pour supporter ces très hautes intensités et sélectionner les noyaux d’intérêt parmi l’écrasante majorité des contaminants pour les identifier et les étudier. L’Irfu est responsable de ligne primaire de sélection et est fortement impliqué dans le dispositif de détection.

 

 

 

 

 

 

Schéma de Principe du spectromètre

A partir de 2015, L’accélérateur LINAG du Ganil accélèrera des faisceaux d’ions lourds stables avec des intensités sans précédent, d’un facteur 10 à 100 plus élevées que les installations actuelles. Ces faisceaux nous permettront d’approfondir notre connaissance dans de nombreux domaines de la physique à travers une large gamme d’expériences :

  • synthèse et spectroscopie d’éléments superlourds
  • synthèse et spectroscopie de noyaux à la limite de stabilité proton,
  • transferts de nucléons et réactions profondément inélastiques
  • étude des mécanismes de productions et des distributions des noyaux produits
  • études des propriétés de l’état fondamental des noyaux (masse, taille…)
  • étude de l’interaction ion-ion pour la physique atomique

Pour utiliser ces intensités supérieures à 1014 ions/s, au-delà des possibilités de n’importe quel détecteur, il est nécessaire de développer un nouvel instrument. Il devra séparer les noyaux d’intérêt qui ne forment qu’une fraction infime des ions transmis – la plupart d’entre eux sont des ions du faisceau qui n’ont pas interagi avec la cible. L’objectif est d’atteindre des taux de comptage de l’ordre de 1kHz ou moins, compatible avec les capacités de détection. Le super séparateur spectromètre S3 est conçu dans cet objectif. Il comprend :

  • une cible rotative supportant les hautes puissances du faisceau,
  • un achromate en moment qui bloque la majorité du faisceau primaire,
  • un séparateur en masse qui parfait la sélection en ne transmettant que les noyaux d’intérêt avec une résolution en masse meilleure que 1/300,
  • différents systèmes de détection adaptés au type de mesures souhaités (détecteur d’implantation, piège à ions, couplage avec la salle DESIR…).

Des aimants supraconducteurs à grande ouverture, qui combinent des champs quadripolaire, sextupolaire et octupolaire permettent de combiner une transmission et une résolution élevées.

L’Irfu à pris en charge la « ligne de sélection primaire » de S3, qui est localisée au premier plan focal dispersif. Sa fonction est d’assurer le blocage de la majorité (>99,9%) du faisceau incident qui a traversé la cible. Les différents états de charge de ces ions sont bloqués dans différents « arrêts faisceaux », qui doivent pouvoir supporter une puissance totale pouvant monter à 40kW. Lorsque le faisceau est dans l’acceptance du spectromètre, il est bloqué par des « doigts » étroits qui peuvent absorber des densités de puissance de 5kW/cm2 tout en laissant passer la majorité des noyaux d’intérêt. S’il sort de l’acceptance, un triplet de quadripôles, qui incluent une correction sextupolaire, ont une ouverture horizontale qui permet d’évacuer la puissance dans une plaque refroidie. Ces hautes intensités induisent une importante radioactivation des matériaux : des blindages mobiles de plomb permettent de confiner les rayonnements en cas d’intervention humaine.

L’Irfu est également impliqué dans le système de détection haute résolution qui permettra de faire la spectroscopie proton, alpha, électron et gamma des noyaux produits au bout du spectromètre. Ce dispositif est tout spécialement conçu pour la mesure des décroissances des noyaux superlourds produits par réaction de fusion-évaporation, afin d’étudier les éléments déjà connus ou d’en identifier de nouveaux. Ce système utilise des détecteurs en silicium de grande taille à faible zone morte lus par une électronique haute-dynamique sans temps mort, afin de détecter l’implantation des ions suivie de leur désintégration rapide.

S3 est en cours de construction et commencera à fonctionner en 2015.

 

Collaboration

 
Le Projet S3 est un projet européen faisant partie de ESFRI (inclus dans l’Instrumentation pour SPIRAL2) dont les principaux laboratoires impliqués sont:

Jagiellonian University (Krakow, Poland)
-University of Jyväskylä, Department of Physics (Jyväskylä , Finland) University of Liverpool , Department of Physics (Liverpool, England)
-Des groupes de travail ont été organisés pour étudier les différents aspects du projet:
- Motivations physiques (détermination et simulations des expériences clefs)
- Cible (cibles hautes intensités, cibles d’actinides)
- Conception optique (séparateur et spectromètre)
- Branche basse énergie (piège à ion pour mesures de très haute résolution)
-Argonne National Laboratory (Argonne, USA)
-Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie de Masse (Orsay, France)
-Commissariat à l'Energie Atomique, Service de Physique Nucléaire (Saclay, France)
-Flerov National Laboratory (Dubna, Russia)
-Gesellschaft für Schwerionenforschung (Darmstatt, Germany)
-Grand Accélérateur National D'Ions Lourd (Caen, France)
-Institut de Physique Nucléaire d'Orsay (Orsay, France)
-Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien, Université Louis Pasteur (Strasbourg, France)
-Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratory Nazionali del Sud (Catania, Italy)
-M. Smoluchowski Institute of Physics

Contact:

Antoine DROUART

 

 

Maj : 26/06/2017 (2159)

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