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 LLB évalue actuellement les performances qui peuvent être atteintes avec la source de neutrons HiCANS - High brillance Compact Accelerator-driven Neutron Source. Dans le cadre du projet "Sonate", l'objectif est de fournir à la communauté française de la diffusion des neutrons un accès à une suite d'instruments de travail (diffusion, diffraction, imagerie…) à l'horizon 2025. Pour l'atteindre, quelques défis doivent être relevés, en particulier celui de la tenue de la cible béryllium de conversion du faisceau de protons en neutrons thermique. L'objectif du projet IPHI-neutrons, cofinancé par le CEA et la région Ile-de-France, est de proposer des solutions à ces défis.
Vues avant et arrière de la cible de haute puissance. ©CEA
Le Laboratoire Léon Brillouin et l'IRFU ont ainsi conçu et construit une cible en béryllium dans le but de soutenir à terme un faisceau rasant de 50 kW balayant la surface de la cible pendant 1000 heures (ou un faisceau fixe de 30 kW). Cette cible a été récemment testée avec succès auprès de l'accélérateur IPHI de Saclay. Entre le 26 janvier et le 11 février 2022, le prototype de la cible a été exploité avec un faisceau d'une puissance de 28 kW pendant 100 h (soit, à 93% de la puissance initialement prévue), puis à 31 kW pendant plus de 5 h, validant ainsi la conception de la cible et démontrant la capacité d’IPHI à fonctionner sur une longue durée à cette puissance. Pendant cette période d'essai, des premières expériences de diffraction ont pu être réalisées avec l'instrument DIoGENE.
A droite : l'instrument de diffusion de neutrons DIoGENE dans la casemate expérimentale de l'accélérateur IPHI (tout au fond de la salle). Sur la partie gauche de l'image, vue d'ensemble du TMR - Target Moderator Reflector contenant la cible Be. L'échantillon est placé au centre du berceau d'Euler du diffractomètre. ©CEA
Première mesure de diffraction de poudre sur DIoGENE sur un barreau d'acier, avec un temps d'acquisition de 15 minutes.
Pour des raisons techniques, ces premières mesures ont été réalisées avec une durée d'impulsion et un taux de répétition de l'accélérateur non optimisés. Dans des conditions optimales, les mêmes mesures pourraient être réalisées en 1 ou 2 minutes. L'utilisation de faisceaux de protons de même intensité, mais à plus haute énergie (20 MeV au lieu de 3 MeV) permettra d'augmenter le flux de neutrons de plus d'un facteur 100. La source compacte sera alors largement compétitive avec les lignes d'études par diffusion de neutrons, issues des réacteurs nucléaires de petite et moyenne puissance.
Contact CEA/Irfu: Jérôme Schwindling (Irfu/DACM)
Contacts CEA/Iramis: Frédéric Ott (LLB/NFMQ); Burkhard Annighöfer (LLB/Infra).
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• Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu) • Le Département d'Électronique des Détecteurs et d'Informatique pour la Physique (DEDIP) • Le Département d'Ingénierie des Systèmes (DIS) • Le Département de Physique Nucléaire (DPhN) • Le Département des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme (DACM)
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Dernière mise à jour : 20-11-2024
