Département des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme

Les équipes du CEA en collaboration avec celles de ESS ont travaillé de long mois sur le conditionnement du RFQ livré à ESS en 2019. Le 28 juillet 2021, le conditionnement s’est terminé avec succès avec 110% de la puissance de fonctionnement nominale et le 26 novembre dernier, le faisceau est passé pour la première fois dans le RFQ.

Le conditionnement du RFQ marque la fin d’un processus long de plusieurs années au CEA pour cet élément, un composant central du futur accélérateur linéaire ESS en Suède.

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).

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.

Après 8 ans de construction et de tests, XFEL, le Laser européen à électrons libres démarre officiellement son exploitation et sera inauguré le 1er septembre à Hambourg (Allemagne). Onze pays ont participé à la construction de cette infrastructure pour un budget total de 1,2 G€. En France l'Irfu et l'IN2P3 ont joué un rôle de premier plan dans la conception et la construction de l’accélérateur linéaire d’électrons nécessaire pour produire une lumière ultra-brillante dans la gamme des rayons X. Cette nouvelle infrastructure de recherche ouvre de nombreuses opportunités pour les scientifiques européens en physique, biologie et sciences des matériaux dans les années à venir. La première lumière laser a été produite en mai 2017. Les utilisateurs de la machine pourront commencer leurs expériences dans les prochaines semaines.

Le projet européen E-Xfel (European X-ray Free Electron Laser) vient de passer un cap important : la mise en place de l’ensemble des modules servant à l’accélération des électrons et les premiers tests de fonctionnement. C’est l’aboutissement de 10 années de travail fourni par l’Irfu qui a livré 103 cryomodules après leur intégration au sein de l’infrastructure dédiée du Village XFEL à Saclay. Ces derniers ont passé les tests affichant une performance excellente. L’ensemble de l’accélérateur d’un kilomètre et demi est maintenant installé et prêt à fonctionner à sa température opérationnelle de 2K. Un premier faisceau d’électrons a été accéléré sur un tronçon des 17 premiers cryomodules puis a parcouru l’ensemble de l’accélérateur linéaire.

Dans le cadre du projet E-XFEL (European X-ray Free Electron Laser) , l'Irfu participe à la construction d'un accélérateur supraconducteur en Allemagne (laboratoire DESY) en intégrant et testant les cryomodules. Le cap de 60 cryomodules, sur un total de 103, a été franchi le 26 août 2015 grâce à une cadence d’intégration de 4 jours par module. L‘expédition du 103ème cryomodule est prévue fin avril 2016. Le délai est respecté et les performances des modules sont excellentes: sur les 55 modules testés, le gradient accélérateur atteint en moyenne 27,4 MV/m, soit 16% de plus que la spécification. 33 cryomodules, sur un total de 101, sont déjà installés dans le tunnel de l’accélérateur linéaire à électrons de 1,5 km de long.

Le projet E-XFEL est une source de lumière dite de 4ème génération qui produira des flash-laser extrêmement brillants (~ 1033 photons/s/mm2/mrad2) et ultra-courts (~100 fs) de rayons X jusqu’à 1 Å de longueur d’onde. Le but est de micro-photographier des processus physiques, chimiques ou biologiques afin d’en révéler la cinétique avec une exposition lumineuse jamais atteinte.

A la base de cet instrument se trouve un accélérateur linéaire supraconducteur à électrons de 17,5 GeV et 1,7 km de long dont la construction est prise en charge par un consortium d’instituts européens, basés principalement en Allemagne (DESY), France (CEA, IN2P3), Italie (INFN), Espagne (CIEMAT), Suisse (PSI), Pologne (NCBJ) et Russie (BINP, IHEP). Sa mise en service est prévue en 2015 et la fourniture des premiers faisceaux pour utilisateurs en 2016.