Les éléments du RFQ en route pour Lund © CEA/Irfu
Le 27 août 2019, un équipement clé de l’accélérateur linéaire a été livré par la France à la collaboration ESS (European Spallation Source) à Lund, en Suède, au titre de ses contributions en nature à la source de neutrons européenne de nouvelle génération. Il s’agit de la première structure accélératrice, baptisée RFQ (quadrupôles radiofréquence). Ce RFQ a été conçu, développé et fabriqué par le CEA, partenaire français, au sein de l’Irfu, l’Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers.
Le RFQ vient d’arriver à Lund, au sud de la Suède, au terme d’un voyage de trois jours en camion, en provenance du CEA-Irfu, à Saclay en région parisienne. La France est l'un des pays leaders dans le domaine de la recherche neutronique et cette fourniture démontre l'engagement de longue date de la France dans ESS qui sera la source de neutrons la plus puissante du monde. Le CEA et le CNRS sont fortement impliqués dans des développements destinés à l'accélérateur linéaire de protons, aux instruments de diffusion neutronique et aux systèmes de contrôle intégrés d’ESS.
« La France est un pays scientifique de premier plan, doté d'une grande expérience en matière de construction et d'accueil, et un membre essentiel et fortement engagé d’ESS » a déclaré John Womersley, Directeur général d’ESS. « Le RFQ livré par notre partenaire CEA-Irfu illustre bien les capacités scientifiques et technologiques uniques des instituts de recherche et de l'industrie en France ».
La plateforme de recherches pluridisciplinaires ESS produira les premiers résultats scientifiques en 2023. Elle ouvrira notamment des voies de recherche inédites en sciences des matériaux à des milliers de scientifiques du monde entier, ce qui favorisera la mise au point de meilleures piles, de nouveaux médicaments et de matériaux plus durables. Les treize pays membres d’ESS financent et construisent ensemble l'infrastructure de recherche, dans une large mesure grâce à des contributions en nature sous forme d'équipements techniques, de services et de personnels.
« ESS est d'une grande importance pour la France, un pays membre qui possède l'une des plus grandes communautés d'utilisateurs de neutrons en Europe. Le CEA-Irfu est très fier de contribuer au meilleur niveau à la construction de la source de neutrons la plus puissante du monde, avec une forte implication dans la construction du linac supraconducteur, du RFQ et des diagnostics faisceau » a déclaré Anne-Isabelle Etienvre, Directrice de l'Irfu. « La réception du RFQ est un jalon important, accompli en collaboration étroite avec l'industrie française ».
La première section du RFQ livrée à Saclay par la société Mécachrome © CEA/Irfu
L'assemblage de 3 sections du RFQ en test à Saclay. A Lund, le RFQ sera composé de 5 sections © CEA/Irfu
Une expertise reconnue en matière de quadripôles radiofréquence (RFQ)
La collaboration entre ESS et le CEA-Irfu a débuté en 2010, dans le cadre d'un accord avec la France. L'Irfu est l'un des plus grands experts mondiaux en matière de RFQ et a fourni des RFQ à d'autres grandes infrastructures de recherche telles que le LHC au Cern, près de Genève, et le Grand accélérateur d’ions lourds (Ganil), à Caen. L'Irfu est l'un des principaux contributeurs en nature d’ESS et fournira également les structures elliptiques de l’accélérateur linéaire supraconducteur, 30 cryomodules de huit mètres de longueur, ainsi que des systèmes d'instrumentation et de contrôle du faisceau de l'accélérateur. « L'Irfu est l'un des leaders mondiaux de la conception et de la production de RFQ, il était donc naturel pour nous de rechercher un partenariat avec eux » a précisé Mats Lindroos, responsable de l'accélérateur d’ESS. « Au fil des ans, nous avons relevé de nombreux défis et je suis extrêmement satisfait de voir ce chef-d'œuvre technique livré à ESS aujourd'hui. »
L'accélérateur linéaire de 600 mètres de longueur d’ESS – le plus puissant au monde – déposera un faisceau de protons de haute intensité sur la cible d’ESS, dans laquelle seront créés les neutrons destinés à la recherche scientifique.
Le RFQ est un élément clé de la partie de l’accélérateur linéaire d’ESS qui fonctionne en régime résistif : il concentre, échantillonne et accélère le faisceau de protons produits par la source d'ions. En d’autres termes, il transforme le faisceau continu de protons en un faisceau pulsé, qui est transmis à la section suivante de l'accélérateur (le « transport de faisceau d'énergie moyenne » ou MEBT), où le faisceau est analysé et optimisé avant d’être à nouveau accéléré et dirigé dans la partie supraconductrice de l'accélérateur. Le MEBT a été développé par le partenaire en nature espagnol ESS-Bilbao et a été installé au cours de l'été. « Le RFQ est composé de cinq sections de quatre pôles brasés en cuivre ultra-pur et en acier inoxydable, d'environ un mètre chacun, usinés avec une précision mécanique de quelques dizaines de micromètres » détaille Christophe Mayri, chef de projet CEA-Irfu pour le RFQ d’ESS. « La réalisation des quadrupôles a duré plus de trois ans, impliquant plus de 15 personnes en étroite collaboration avec la société Mecachrome. »
Une équipe de l'Irfu, avec le soutien de l'équipe d'installation d’ESS, commencera dès cette semaine l'assemblage et l'installation complète du RFQ de 4,6 mètres de longueur. Ces travaux seront suivis, à l'automne, des tests de recette du RFQ.
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