L’accélérateur supraconducteur de l’installation Spiral2 au Ganil va fournir des faisceaux de très haute intensité au Super Séparateur Spectromètre S3. Ces expériences ouvriront de nouvelles perspectives pour l’étude des noyaux rares et les mécanismes de réaction à faible section efficaces, aux limites de la stabilité nucléaire. L’étude de ces noyaux instables a été identifié comme un aspect majeur du programme de physique de l’installation Spiral2-Phase 1 qui fournira des faisceaux d’ions lourds stables d’une intensité inégalée.
L’objet de recherche principal de ce programme est l'étude de la formation des noyaux superlourds et très déficients en neutrons. Ces noyaux pourront être produits en grande quantité par réaction de fusion-évaporation. Sélectionnés par le spectromètre S3, ils pourront notamment être étudiés par la mesure de leurs décroissances radioactives.
Ensemble de détection SIRIUS.
L’objectif du projet SIRIUS (Spectroscopy and Identification of Rare Isotopes Using S3) est de développer et d’exploiter un système de détection qui sera installé au plan focal final de S3 et permettra de réaliser la mesure des décroissances par émission de particules alpha ou gamma, de protons, d’électrons ou par fission, et ainsi réaliser la spectroscopie détaillée à haute résolution de ces noyaux. Ce dispositif complexe est une configuration compacte de plusieurs détecteurs. SIRIUS est composé d’un détecteur silicium double face à pistes, de 10 cm par 10 cm, pour mesurer l’implantation des ions d’intérêt et les particules émises par leur décroissance. Il est encadré par des détecteurs dits « tunnels » qui mesureront les particules s’échappant du détecteur d’implantation. L’ensemble est lui-même entouré des détecteurs EXOGAM pour la spectroscopie des rayons gamma. En amont de SIRIUS un ou deux (selon la configuration choisie) détecteurs à feuille émissive permettent de mesurer la trajectoire des ions incidents ainsi que leur temps de vol.
Pour atteindre les performances en résolution et en efficacité exigées par les mesures de physique, plusieurs nouvelles technologies ont été développées pour SIRIUS. Notamment, les détecteurs silicium sont équipés de préamplificateurs de charge qui permettent de mesurer avec une très haute résolution les signaux sur une vaste gamme en énergie avec un temps mort très faible entre deux détections.
En résumé, SIRIUS combine les meilleures performances pour des dispositifs de ce genre :
- la reconstruction des trajectoires se fait avec une résolution de 1mm, de manière à pouvoir mesurer les masses au plan focal du spectromètre,
- des détecteurs en silicium de 10 cm x10 cm, pour couvrir tout le plan focal du spectromètre avec une efficacité maximale.
- une résolution en énergie de 20 keV (LTMH) pour des particules alpha, de 5 keV pour des électrons.
- une haute granularité avec, sur le détecteur d’implantation, 2x128 pistes de 700 µm horizontales et verticales, et jusqu’à 8x8 pads sur chacun des 4 détecteurs "tunnels".
- une résolution temporelle de 100 ps (LTMH),
- un taux de comptage pouvant aller jusqu’à 10kHz avec un temps mort très court (<10µs) pour mesurer les décroissances à faible temps de vie, et une acquisition «triggerless » (sans temps mort commun entre les détecteurs),
- une numérisation complète du signal permet une analyse en forme des impulsions.
Mécanique de support de l’électronique et des détecteurs silicium de SIRIUS.
Références:
F. Dechery et al., NIM 376 (2016) 125.
J. Piot and the S3 collaboration, Acta Physica Polonica B 43 (2012) 285.
Contact : Barbara Sulignano, DPhN, LENA.
• Structure de la matière nucléaire › Noyaux atomiques
• Le Département d'Électronique des Détecteurs et d'Informatique pour la Physique (DEDIP) • Le Département de Physique Nucléaire (DPhN)
• Laboratoire d'intégration des systèmes électroniquesde traitement et d'acquisition (LISETA) • Laboratoire d'Etudes du Noyau Atomique (LENA)
