Département des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme

Après bobinage, la septième et dernière bobine de FRESCA2 a quitté Saclay en juin 2019 dans son moule de réaction, mettant fin à l’activité de l’Irfu sur ce projet démarré en 2009 en collaboration avec le CERN. Cette bobine de type 3-4 est une bobine de réserve, qui, après réaction, instrumentation et imprégnation au CERN, viendra rejoindre sa sœur de type 1-2 sur les étagères du CERN.

Lors d’une première étape, le dipôle FRESCA2, un aimant dipôle en Nb₃Sn de 100 mm d’ouverture testé au CERN, avait atteint un champ de 13.3 T (cf. fait marquant du 20/09/2017).  Une nouvelle série de tests en avril 2018, après modification du préchargement mécanique de l’aimant, avait permis au dipôle FRESCA2 d’atteindre 14,6 T à la température de 1.9 K, un nouveau record de champ pour un dipôle de cette ouverture. Lors de ces essais, la stabilité de son fonctionnement a été validée respectivement à 14,4 T et 1.9 K et à 13.6 T et 4,5 K. Le dipôle a été qualifié : il va pouvoir maintenant être utilisé comme une station d’essai pour accueillir, en particulier, les tests de petits aimants réalisés à partir de supraconducteur à haute température critique.

Dotés d’une très faible masse les neutrinos jouent un rôle clé en en physique des particules et en cosmologie. La contrainte sur leur masse vient tout juste d’être améliorée par l'expérience KATRIN. La première campagne scientifique de 4 semaines de prise de données, au printemps 2019, contraint désormais la masse des neutrinos à moins de 1.1 électron-volt. Il s’agit de la meilleure mesure indépendante de tous modèles, apportant une amélioration d'un facteur 2 par rapport aux résultats expérimentaux antérieurs. La contrainte est encore inférieure à celle venant des mesures cosmologiques sur la masse totale de 3 saveurs de neutrinos, qui flirte avec la centaine de milli eV (meV).   Mais KATRIN va continuer à prendre plus de données durant les 5 prochaines années et devrait atteindre une sensibilité sur la masse du neutrino électronique voisine de 200 meV. Le haut potentiel de cette expérience réside dans sa précision et dans le fait que cette mesure est, elle, indépendante de tout modèle théorique contrairement aux mesures issues des observations cosmologiques. En effet elle repose sur la conservation de l’énergie et la mesure d’une expérience bien connue, la désintégration beta.

Nougat, l’insert supraconducteur à haute température critique (SHT), fruit d’une collaboration CEA-CNRS, a atteint un champ magnétique central de 32,5 teslas établissant un nouveau record du monde dans le domaine des hauts champs pour un bobinage supraconducteur avec un diamètre utile de 38 mm. Lors de la campagne de tests au laboratoire CNRS/LNCMI de Grenoble, l’insert a atteint deux fois son point de fonctionnement nominal de 30 teslas et a fonctionné plus de 6 minutes au-dessus de cette valeur montant jusqu’à un champ magnétique central de 32,5 teslas dont 14,5 sont issus du seul aimant supraconducteur. Sa technologie de bobinage innovante « Metal-as-Insulation », developpée par l'équipe de l'Irfu du CEA, permet de concilier stabilité de fonctionnement et protection en cas de transition vers l’état résistif (quench).

Le champ magnétique est un outil indispensable pour la physique et les infrastructures de recherche associées (champs intenses, lignes de lumière, faisceau de neutrons …) nécessitant des champs magnétiques de plus en plus intenses. Si les aimants hybrides (alliant un aimant résistif interne et un aimant supraconducteur externe) permettent de générer des champs intenses records (jusqu’à 45 T), ils ont un coût énergétique très important et les durées d’expériences sont limitées à quelques heures.

Le 4 décembre 2019, la réception mécanique du RFQ fourni par l’Irfu a eu lieu au sein du tunnel du projet ESS (European Spallation Source) à Lund, en Suède. À la suite de la livraison du RFQ le 27 août 2019, l’installation s’est tout de suite enchainée avec l’équipe Irfu présente et garante de son succès au cours des mois suivants.

Dotés d’une très faible masse les neutrinos jouent un rôle clé en en physique des particules et en cosmologie. La contrainte sur leur masse vient tout juste d’être améliorée par l'expérience KATRIN. La première campagne scientifique de 4 semaines de prise de données, au printemps 2019, contraint désormais la masse des neutrinos à moins de 1.1 électron-volt. Il s’agit de la meilleure mesure indépendante de tous modèles, apportant une amélioration d'un facteur 2 par rapport aux résultats expérimentaux antérieurs. La contrainte est encore inférieure à celle venant des mesures cosmologiques sur la masse totale de 3 saveurs de neutrinos, qui flirte avec la centaine de milli eV (meV).   Mais KATRIN va continuer à prendre plus de données durant les 5 prochaines années et devrait atteindre une sensibilité sur la masse du neutrino électronique voisine de 200 meV. Le haut potentiel de cette expérience réside dans sa précision et dans le fait que cette mesure est, elle, indépendante de tout modèle théorique contrairement aux mesures issues des observations cosmologiques. En effet elle repose sur la conservation de l’énergie et la mesure d’une expérience bien connue, la désintégration beta.

L’aimant du projet Iseult, en installation à Neurospin (CEA Paris Saclay), a atteint son champ nominal de 11,7 teslas (T) le 18 juillet 2019. Il s’agit d’un record mondial pour un aimant IRM humain corps entier, qui vient couronner des années de R&D, à la pointe de l’innovation dans le domaine des aimants supraconducteurs. Au cours des prochains mois, les équipements nécessaires pour réaliser les images cérébrales seront installés autour de l’aimant ainsi que dans son tunnel central, pour en faire un scanner IRM humain capable de sonder le cerveau à des précisions jamais atteintes, au bénéfice de la recherche fondamentale, des sciences cognitives et du diagnostic des maladies neuro-dégénératives.