Grâce à l’expertise développée par le CEA lors des projets Spiral2 et Ifmif, le CEA signe en 2014 un contrat avec le centre de recherche nucléaire de Soreq (SNRC, Israël) pour la réalisation d’un accélérateur linéaire supraconducteur nommé Saraf (Soreq Applied Research Accelerator Facility). Il s’agit de construire un accélérateur pouvant fournir des faisceaux de protons et de deutons d’énergie variable entre 5 et 40 MeV avec une intensité allant jusqu’à 5 mA. Cet équipement sera un outil important pour la recherche fondamentale notamment en physique nucléaire, en caractérisation de matériaux grâce aux neutrons ou production de radio-isotopes médicaux. Le CEA est responsable de la conception, la fabrication et la qualification de 5 sous-ensembles : la MEBT et les 4 cryomodules de l’accélérateur linéaire. En 2023, le CEA a qualifié la MEBT livrée en 2020 et a livré à Soreq le premier cryomodule.
Le projet Saraf
Le SNRC (Soreq Nuclear Research Center) mène des recherches fondamentales et appliquées dans divers domaines de la physique nucléaire aux diagnostics médicaux. L’installation Saraf est développée afin d’accéder à un flux de neutrons inégalé, remplaçant ainsi les études auprès des réacteurs nucléaires.
Le projet Saraf se déroule en deux phases, une première phase où le SNRC a construit une source (ECR), une ligne de transport à basse énergie (LEBT), un quadripole radio-fréquence (RFQ) et un prototype de cryomodule supra-conducteur (PSM).
Pour sa deuxième phase, le SNRC a sollicité le CEA pour produire l’accélérateur linéaire (Linac) qui permettra de monter, à terme, l’énergie du faisceau de deutons jusqu’à 40 MeV. Après 2 années de pré-études (2013-2014), le CEA et le SNRC ont signé un accord fin 2014. Le CEA est en charge de la conception, de la production et du démarrage des éléments du Linac. Le SNRC est lui en charge de l’infrastructure l’hébergeant.
Le linac (l’accélérateur linéaire) est constitué de 5 sous-ensembles principaux ainsi que de leur système de commande-contrôle :
- La ligne moyenne énergie (MEBT),
- 4 cryomodules contenant notamment des cavités supraconductrices « bas-béta » (CM1&2, adaptées pour une énergie de 2 à 15 MeV) et « haut-béta » (CM3&4, adaptées pour une énergie de 15 à 40 MeV) et des solénoïdes supraconducteurs.
Photo du site accueillant le projet SARAF
Configuration de qualification de la MEBT : Au premier plan la cible GaLit de SNRC, puis la Temporaly Beam Line, la MEBT et l’injecteur (au fond) d’où vient le faisceau.
La MEBT qualifiée en faisceau
La MEBT (Medium Energy Beam Transport) a été livrée à SNRC en août 2020 avec ses baies de commande-contrôle.
Entre 2022 et 2023, la MEBT a été qualifiée avec les faisceaux de protons et de deutons au courant nominal (5 mA) et finalement réceptionnée en juin 2023. Ce résultat remarquable a été obtenu après (seulement) quelques centaines d’heures de faisceau, en parallèle d’une activité intense de préparation de l’infrastructure pour recevoir le reste de la machine.
Vue 3D des constituants d’un cryomodule (ici CM2) de SARAF.
Le cryomodule 1 livré
En aval de la MEBT, l’accélérateur supraconducteur doit permettre d’accélérer le faisceau de 2,6 MeV à 40 MeV. Pour cela, il est composé de 4 cryomodules de 5 m chacun. Les deux premiers, presque identiques, contiennent 6 systèmes d’aimants (solénoïdes) et 6 (CM1) ou 7 (CM2) cavités bas-béta supraconducteurs. Les deux suivants, identiques entre eux, contiennent 4 systèmes d’aimants et 7 cavités haut-béta supraconducteurs.
Entre 2020 et 2022, l’ensemble des 13 cavités bas-béta, des 14 cavités haut-béta et des 20 solénoïdes supraconducteurs (et un spare de chaque) ont été fabriqués puis qualifiés (performances nominales + 20%) sur les installations de l’Irfu.
Les 6 premières cavités bas-béta et les 6 premiers solénoïdes de CM1 ont ensuite été :
- assemblés en salle blanche pour former le train de cavités-solénoïdes,
- puis assemblé et installé dans l’enceinte à vide du cryomodule,
- puis qualifiés dans le banc de test spécifique relié à l’ensemble des baies de contrôle-commande du cryomodule,
- puis transférés sur un bâti spécialement conçu pour isoler le cryomodule des vibrations/chocs du transport,
- puis en Israël par avion le dimanche 18 juin 2023.
suivi de l'assemblage et l'installation dans l’enceinte à vide du cryomodule (2),
puis la qualification dans le banc de test spécifique relié à l’ensemble des baies de contrôle-commande du cryomodule (3),
et le transfert sur un bâti spécialement conçu pour isoler le cryomodule des vibrations/chocs du transport,
et enfin la livrairson en Israël par avion le dimanche 18 juin 2023.
Et la suite ?
Les prochaines étapes pour CM1 consistent en son assemblage final sur le site de SNRC, son positionnement en aval de la MEBT, son intégration avec les baies de commande-contrôle (livrées en mai 2023) et la production de son premier faisceau début 2024.
Les cryomodules 2 à 4 sont actuellement en cours d’assemblage à Saclay. Si tout va aussi bien que pour CM1, ils pourront être livrés en 2024 pour produire le premier faisceau de pleine énergie courant 2024.
Contact : N. Pichoff, S. Ladegaillerie
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