Département des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme

Un an et demi après la livraison du cryomodule prototype (CM00) à ESS, le premier cryomodule medium beta de série (CM01) vient à son tour d’arriver sur le site d’ESS. Celui-ci a quitté le CEA le 22 septembre 2020 pour un voyage de deux jours vers Lund en Suède. Les équipes de l’Irfu avaient au préalable validé les performances RF et cryogéniques de ce cryomodule. Il sera à nouveau testé sur le banc de test de ESS avant d’intégrer sa position finale dans le tunnel de l’accélérateur. C’est une première étape. A partir de l’année prochaine, ESS recevra ainsi en moyenne un cryomodule par mois pendant 3 ans.

Le 28 octobre 2014, le CEA signe un contrat avec le centre de recherche israélien de Soreq (SNRC) pour la réalisation d’un accélérateur nommé SARAF (Soreq Applied Research Accelerator Facility) par les équipes de l’Irfu. Cet accord se concrétise par des phases d’études préliminaires et détaillées sur une période de 18 mois (2015 et 2016) ouvrant vers une phase de construction, de tests et d’installation sur le site qui durera 6 ans.

Il s’agit de construire un accélérateur linéaire supraconducteur pouvant fournir des faisceaux de protons et de deutons d’énergie variable entre 5 et 40 MeV avec une intensité allant à terme jusqu’à 5mA. Cette installation est destinée à la recherche fondamentale et appliquée dans de nombreux domaines.

Le planning, associé à ce projet, comporte successivement la livraison et l’installation sur site puis les tests de trois sous-ensembles :

• La ligne moyenne énergie, MEBT (en 2020),
• Le premier cryomodule (en 2021),
• Les trois cryomodules restants (en 2022).

L’injecteur de protons du FAIR proton Linac qui doit être installé au GSI en 2020 est en phase de commissioning à Saclay depuis fin 2017. L’objectif était de caractériser le faisceau de protons qui sera injecté dans l’étage d’accélération suivant qui est un RFQ de type « Ladder-RFQ » actuellement en construction à l’université de Frankfort. L’injecteur a pu produire un faisceau d’une intensité totale de 140 mA avec 120 mA de protons transportés en fin de ligne basse énergie. L'émittance du faisceau mesurée après le cône d’entrée du RFQ est meilleure que les spécifications requises avec une valeur normalisée de 0.24 pi.mm.mrad Norm. Le cahier des charges est donc respecté et l’objectif est atteint pour l’Irfu.  L’injecteur est maintenant en phase de démontage avant envoi à GSI.

Le projet EUPRAXIA vient de terminer fin 2019 sa phase d'étude de conception avec la délivrance du Rapport de Design Conceptuel (CDR). L'implication forte de l'IRFU, notamment dans le domaine de physique du faisceau de particules, a permis de montrer que des solutions existent pour la réalisation d'un accélérateur à champ de sillage dans les plasmas, avec une qualité de faisceau approchant celle des accélérateurs conventionnels.
L'étude détaillée des mécanismes physiques a pu guider efficacement les simulations numériques, chacune durant plus de 10h sur 2048 nœuds de calcul, pour démontrer que tous les objectifs du faisceau à la sortie peuvent être atteints avec un plasma de longueur 30 cm, de densité électronique 1,10¹⁷ cm^-3, et un laser de puissance 400 térawatts, d'énergie 50 joules. Des méthodes innovantes ont été mises en œuvre pour pouvoir, sans dégrader le faisceau, l'accélérer et le conduire à travers les deux étages plasma jusqu'à l'utilisateur final. Une analyse des tolérances aux erreurs a permis d'identifier les composants les plus sensibles auxquels un soin particulier devrait être apporté lors de la fabrication et l'installation.