Quadripôle à radiofréquence de l'injecteur Iphi.
L’Irfu/SACM est un acteur majeur, au niveau international, dans la conception et le développement des accélérateurs de particules. Il a la capacité d’être maître d’œuvre de systèmes accélérateurs complets de la conception à la réalisation et la mise en œuvre. Il développe deux axes :
? les accélérateurs d’ions à haute intensité pour lesquels il possède des records mondiaux : sources de protons et de deutons dépassant les 100 mA et quadripôles à radiofréquence (RFQ) ;
? les accélérateurs linéaires supraconducteurs pour lesquels il a construit un savoir-faire et des installations dans le peloton de tête mondial.
Ainsi l’Irfu est aujourd’hui impliqué dans l’ensemble des projets d’accélérateurs en cours en Europe.
En parallèle il poursuit une R&D sur l’ensemble des composants critiques en collaboration avec les grands laboratoires européens.
Ces travaux de conception et de R&D requièrent des installations importantes d’intégration et de tests en radiofréquence.
Chaque nouveau projet nécessite de relever de nombreux défis et requiert généralement une R&D spécifique. Inversement il arrive souvent que les avancées d’une R&D particulière soient profitables à l’ensemble des projets. Plusieurs axes de R&D spécifiques aux accélérateurs sont suivis au SACM :
• La mise au point de modèles analytiques et le développement de méthodes numériques pour une modélisation de la dynamique des faisceaux de particules adaptée aux exigences de plus en plus grandes sur les paramètres de fonctionnement (énergie, luminosité, fiabilité, …).
• Le développement de sources d’ions basées sur un plasma généré par résonance cyclotronique électronique pour produire des faisceaux intenses d’ions H+ et H- ; les progrès permettent d’atteindre des intensités et des fiabilités de plus en plus élevées.
• Des études systématiques pour comprendre l’origine physique des limitations du champ accélérateur dans les cavités supraconductrices à radiofréquence (RF) et définir les traitements adéquats pour atteindre des performances élevées. De plus, des développements technologiques permettent d’étudier la réalisation des cryomodules complets, dans l’environnement d’un accélérateur, en y intégrant les cavités supraconductrices, les divers équipements RF, ainsi que l’instrumentation associée.
L'avancée des connaissances en physique des particules est étroitement liée à la disponibilité de faisceaux toujours plus performants possédant d'avantage d'énergie et de luminosité. L'accélérateur d'électrons est aussi une pièce maîtresse des lasers à électrons libres fonctionnant dans le domaine des rayons ultraviolets et des rayons X. Pour fournir des faisceaux de lumière de forte brillance utilisés en physique du solide, en chimie, en biologie, les machines à rayonnement synchrotron de la 3e génération fonctionnent également avec des faisceaux très intenses d'électrons.
Les accélérateurs linéaires (linac) de forte intensité et haute énergie, pouvant atteindre 1 GeV et quelques dizaines de milliampères en continu, trouvent de nombreuses applications en physique nucléaire, physique des particules ou encore en physique de la matière condensée. L’interaction d’un faisceau de protons, accéléré par un tel linac, avec une cible permet de produire des particules telles que des ions radioactifs, des neutrons, des neutrinos ou des muons. Ces particules forment alors des faisceaux secondaires utilisables notamment pour la transmutation des déchets nucléaires ou l’étude de la structure de certains matériaux.
Ces accélérateurs de future génération mettront en oeuvre des technologies faisant l’objet d’actifs programmes de R&D au SACM, comme le projet d’injecteur de protons de haute intensité, Iphi, pour la partie à basse énergie et le programme d’étude et de réalisation de cavités accélératrices supraconductrices à 700 MHz pour la partie à haute énergie. Les compétences acquises dans ces deux domaines ont permis au SACM de prendre une part importante dans le projet Spiral 2, un linac complet prévu pour étudier une grande variété de noyaux exotiques.
