Département des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme

L'objectif visé dans la construction de la réalisation de sources compactes de neutrons à base d’accélérateurs à fort courant est de permettre de réaliser, sur ces sources, des expériences de diffusion de neutrons, avec pratiquement la même qualité que celles réalisées auprès des lignes neutrons issues de réacteurs de recherche de type Orphée*.

Ces sources sont réalisées à partir d'un faisceau de protons de moyenne énergie (3-50 MeV) et haut courant (~ 100 mA) frappant une cible d’un matériau léger comme le béryllium, qui émet alors des neutrons. Pour être utilisable de manière routinière, la cible doit pouvoir résister sur de longues durées à une forte irradiation sans perte de performance.

Les équipes de l'Irfu (DACM, DEDIP, DIS, DPhN) et du LLB réunies ont réalisé une cible béryllium implantée en sortie de l'injecteur de protons à haute intensité - IPHI (3 MeV) à Saclay. Ils montrent qu'avec ce dispositif il est possible d'obtenir l'intensité de neutrons nécessaire pour réaliser une expérience de diffraction dans un temps raisonnable, démontrant la compétitivité d'une telle source pour la diffusion de neutrons par rapport aux réacteurs nucléaires actuels de petite et moyenne puissance.

*Ancien réacteur de recherche de Saclay, aujourd'hui fermé. 

Le LEAS (Laboratoire d’Etude des Aimants Supraconducteurs) au CEA Paris-Saclay a entièrement fabriqué une bobine à base du supraconducteur Nb₃Sn (niobium-étain), de type SMC (Short Model Coil). Cette bobine est un modèle court destiné à être assemblé dans une structure d’aimant, puis être testé à température cryogénique. Le Nb₃Sn est envisagé pour des futurs aimants d’accélérateurs générant des champs magnétiques jusqu’à 16 T (teslas), ce qui doublerait les performances des meilleurs aimants actuellement utilisés. Cela nécessite cependant de nombreux développements technologiques. Ce type de bobine courte a été développé par le Cern, en collaboration avec le CEA, pour permettre de tester de nouvelles technologies et nouveaux procédés de fabrication dans des conditions représentatives des futurs aimants à haut champ. La fabrication de la bobine SMC-CEA s’est déroulée au LEAS de mai à octobre 2021, puis la bobine a été livrée au Cern afin d’être assemblée dans une structure, puis testée dans un bain d’hélium liquide et superfluide, sous fort courant, dans une station dédiée. Les tests ont livré des résultats encourageants, ce qui a permis de démontrer que le LEAS est l'un des rares laboratoires européens à posséder désormais toutes les capacités pour fabriquer des bobines supraconductrices à base de Nb₃Sn. Cette preuve de faisabilité valide la première étape du programme de développement des aimants à haut champ pour les futurs accélérateurs.

L'objectif visé dans la construction de la réalisation de sources compactes de neutrons à base d’accélérateurs à fort courant est de permettre de réaliser, sur ces sources, des expériences de diffusion de neutrons, avec pratiquement la même qualité que celles réalisées auprès des lignes neutrons issues de réacteurs de recherche de type Orphée*.

Ces sources sont réalisées à partir d'un faisceau de protons de moyenne énergie (3-50 MeV) et haut courant (~ 100 mA) frappant une cible d’un matériau léger comme le béryllium, qui émet alors des neutrons. Pour être utilisable de manière routinière, la cible doit pouvoir résister sur de longues durées à une forte irradiation sans perte de performance.

Les équipes de l'Irfu (DACM, DEDIP, DIS, DPhN) et du LLB réunies ont réalisé une cible béryllium implantée en sortie de l'injecteur de protons à haute intensité - IPHI (3 MeV) à Saclay. Ils montrent qu'avec ce dispositif il est possible d'obtenir l'intensité de neutrons nécessaire pour réaliser une expérience de diffraction dans un temps raisonnable, démontrant la compétitivité d'une telle source pour la diffusion de neutrons par rapport aux réacteurs nucléaires actuels de petite et moyenne puissance.

*Ancien réacteur de recherche de Saclay, aujourd'hui fermé. 

Le LEAS (Laboratoire d’Etude des Aimants Supraconducteurs) au CEA Paris-Saclay a entièrement fabriqué une bobine à base du supraconducteur Nb₃Sn (niobium-étain), de type SMC (Short Model Coil). Cette bobine est un modèle court destiné à être assemblé dans une structure d’aimant, puis être testé à température cryogénique. Le Nb₃Sn est envisagé pour des futurs aimants d’accélérateurs générant des champs magnétiques jusqu’à 16 T (teslas), ce qui doublerait les performances des meilleurs aimants actuellement utilisés. Cela nécessite cependant de nombreux développements technologiques. Ce type de bobine courte a été développé par le Cern, en collaboration avec le CEA, pour permettre de tester de nouvelles technologies et nouveaux procédés de fabrication dans des conditions représentatives des futurs aimants à haut champ. La fabrication de la bobine SMC-CEA s’est déroulée au LEAS de mai à octobre 2021, puis la bobine a été livrée au Cern afin d’être assemblée dans une structure, puis testée dans un bain d’hélium liquide et superfluide, sous fort courant, dans une station dédiée. Les tests ont livré des résultats encourageants, ce qui a permis de démontrer que le LEAS est l'un des rares laboratoires européens à posséder désormais toutes les capacités pour fabriquer des bobines supraconductrices à base de Nb₃Sn. Cette preuve de faisabilité valide la première étape du programme de développement des aimants à haut champ pour les futurs accélérateurs.