Le projet CHyMENE (Cible d'Hydrogène Mince pour l'Etude des Noyaux Exotiques) a le but ambitieux de produire une cible mince d'hydrogène pur sans conteneur adaptée aux expériences utilisant des faisceaux d'ions lourds de basse énergie prévus avec SPIRAL2.
Une équipe de l'Irfu (SPhN et SACM) et de l'Inac/SBT utilisant des techniques cryogéniques vient de produire avec succès un ruban d'hydrogène solide de 100 µm d'épaisseur. Cette cible sera bientôt testée sous faisceau. Une première mondiale.
Ci-dessous: interview de Alain GILLIBERT, qui travaille au projet CHyMENE avec Alexandre OBERTELLI et Emmanuel POLLACO
Image du début: Ruban d'hydrogène solide H2 extrudé (largeur 10 mm, épaisseur 100 µm), vu au travers du hublot de la chambre à vide (Photo V. Lapoux).
Dans le cadre du projet SPIRAL2, le SPhN propose de réaliser une cible cryogénique de protons pour accroître la pureté et la luminosité par rapport aux cibles actuelles. La collaboration rassemble Irfu/SPhN, Inac/SBT (Grenoble) et le laboratoire PELIN, en collaboration avec les équipes du SACM.
Des feuilles de polypropylène CH2 (ou CD2) sont habituellement utilisées en tant que cible de protons (ou deutons) pour leur facilité de mise en œuvre. Mais ces feuilles présentent de nombreux inconvénients. L'objectif est de produire une cible pure d'hydrogène h2 (ou deutérium D2) solide, sans fenêtre1 adaptée aux expériences de réactions directes en physique nucléaire.
La nouvelle cible offrira un plus grand nombre d'atomes par cm2, tout en éliminant le problème dû à la présence des ions carbone et la nécessaire soustraction de leur contribution. Elle se présente sous la forme d'un ruban hydrogène solide qui s'écoule en continu par une technique d'extrusion dans le vide d'une chambre à réaction devant le faisceau d'ions lourds et dans l'environnement instrumental d'une expérience de physique.
Principe de l’extrusion avec vis sans fin appliqué à la fabrication d’un film d’hydrogène.
L'extrusion se fait dans un état quasi solide au voisinage du point triple, point où le solide, le liquide et le gaz sont en équilibre. Pour l'hydrogène, le point triple correspond à une température Ttr = 13,8 K et une pression Ptr = 70,4 hPa.
Pour obtenir cette nouvelle cible, l'équipe a décidé d'importer une technique développée par le laboratoire PELIN en Russie, dans laquelle une vis sans fin pousse un volume d'hydrogène vers une buse d'extrusion. C'est la forme de la buse qui définit en sortie les caractéristiques géométriques finales du produit extrudé. Cette technologie initialement développée pour la fusion doit être adaptée aux contraintes d'une expérience de physique nucléaire qui nécessite une cible homogène (épaisseur entre 50 et 200 µm) compatible avec les conditions d'utilisation sous vide et sous faisceau d'ions lourds. L'épaisseur minimale que l'on peut obtenir avec cette technologie n'est pas encore connue.
Des tests préliminaires à Saint-Pétersbourg ont montré que des cibles minces pouvaient être produites dans la gamme d'épaisseur recherchée, ce qui a constitué une première validation de la méthode. Ces études ont été poursuivies en France à partir de novembre 2009 avec, pour programme expérimental, l'étude des conditions de production du ruban. Elles devraient durer jusqu'en juin 2010.
Le cryostat a été installé à Saclay au bât. 192 (SACM) en novembre 2009. Un point de fonctionnement pour la production du film de H2 a été obtenu, permettant l'écoulement d'un ruban de largeur 10 mm pour une épaisseur de 100 µm au niveau de la buse d'extrusion (photo ci-dessus). Les études sur l'épaisseur et l'homogénéité de la cible vont être poursuivies à Saclay et à Bruyères-le-Châtel (avec la participation de DIF/SPN). La validation du concept pour les expériences futures passera par une première irradiation dans un faisceau de protons de 3,5 MeV.
Contacts IRFU :
SACM:
SPhN:
Contact INAC :
Didier GUILLAUME
1) Des parois en mylar ou titane ou havar sont usuellement utilisées mais seraient incompatibles avec les réactions directes de base énergie que l'on cherche à étudier.
• Structure de la matière nucléaire › Noyaux atomiques Physique et technologie des accélérateurs
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