Département d'Ingénierie des Systèmes

Le projet FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) de l’accélérateur d’ion lourds (GSI) en Allemagne, rassemble plusieurs thématiques de physique: celle des noyaux exotiques, la physique hadronique, l’étude des réactions d’ions lourds relativistes mais aussi la physique des plasmas et la physique atomique. Dans le cadre de la collaboration CEA/Irfu avec GSI, l’Irfu contribue à l’accélérateur linéaire (linac) à protons. Depuis 2011, les équipes du SACM et du SIS ont conçu, exécuté les plans, lancé en fabrication et installé les différents composants de l’injecteur. le 5 novembre 2015, la source a produit son premier plasma d’hydrogène avec une puissance injectée par le magnétron de 80 Watts, pulsé à 4 Hz. Ce premier résultat est un jalon important du projet et une première étape franchie avec succès pour le fonctionnement de l’injecteur.

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.

La collaboration Nucifer, rassemblant des physiciens du CEA de l’Irfu (DSM), de la DEN, de la DAM, de Subatech Nantes (CNRS) et du Max Planck Institut d'Heidelberg, publie le 21/09/2015 les premiers résultats de l’expérience (http://arxiv.org/abs/1509.05610) et démontre la faisabilité et l’efficacité de la « neutrinométrie » des réacteurs nucléaires au stade de pré-industrialisation. Nucifer fonctionne automatiquement, auprès du réacteur Osiris sur le centre de Saclay, et détecte les antineutrinos électroniques créés dans les chaînes de désintégration des produits de fission nucléaire comme attendu. La sensibilité à la composition isotopique du combustible  dans le cœur d’Osiris a été chiffrée. Ces premiers résultats sont prometteurs et pourraient à terme avoir une application au profit de l'AIEA (l’Agence Internationale de l’Energie Atomique).

Les noyaux « exotiques » lancent le défi d’une description universelle de la structure nucléaire et soulèvent la question de l’origine de l’évolution de la structure en couches de noyaux. Une équipe de l’Irfu a développé le projet MINOS (Magic Number Off Stability) visant à répondre à ces questions. Un programme de physique a été établi en collaboration avec des équipes japonaises de RIKEN dont le RIBF (Radioactive Isotope Beam Factory) est l’accélérateur le plus performant mondialement pour produire des noyaux riches en neutrons à des énergies intermédiaires de plusieurs centaines de MeV. Les expériences avec le détecteur MINOS ont débutées en 2014 et leurs premiers résultats viennent d’être publiés dans Physical Review Letters couronnant 5 années d’efforts et ouvrant la voie à une moisson de résultats passionnants dans les années à venir.