Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu)

Irfu

Quelques images scientifiques illustrant la physique des 2 infinis de l'Irfu

L’Irfu, Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers, de la direction de la recherche fondamentale (DRF) du CEA, regroupe trois disciplines scientifiques, l’astrophysique, la physique nucléaire et la physique des particules, ainsi que de l’ensemble des expertises technologiques associées.

Il se positionne pour répondre aux principales questions ouvertes dans la compréhension des quatre interactions fondamentales, à différentes échelles, de la plus petite échelle (constituants élémentaires de la matière, matière nucléaire), à la plus grande échelle (contenu énergétique et structuration de l’Univers). Ces recherches font appel au traitement de grands volumes de données, ainsi qu’à la maitrise d’outils de simulation complexes. L’Irfu participe également au développement et à l’exploitation de la très grande infrastructure de recherche Ganil (Grand accélérateur national d’ions lourds) dans le cadre d’un groupement d'intérêt de recherche (GIE) CEA-CNRS. Le positionnement technologique de l’institut répond au développement des instruments nécessaires pour conduire ces recherches (accélérateurs, aimants, détecteurs, électronique, systèmes d’ingénierie). Ces développements réalisés en lien étroit avec l’industrie vont bien au-delà de la communauté scientifique de la physique des deux infinis, l’institut étant sollicité pour ses technologies par d’autres communautés scientifiques, au cœur du CEA. Il veille à valoriser ses développements pour diverses applications sociétales.

Afin de répondre aux questions clés concernant les constituants élémentaires de la matière, l’organisation de la matière nucléaire, la structure ainsi que le contenu énergétique de l’Univers, l’Irfu s’organise autour de thèmes scientifiques, auxquels s’ajoutent des thèmes technologiques liés aux accélérateurs et aux aimants supraconducteurs, aux détecteurs, circuits de microélectronique et traitement du signal ainsi qu’un thème lié aux développements algorithmiques pour le calcul scientifique.

Les développements technologiques et l’intégration des grands instruments dont l’Irfu a la responsabilité nécessitent l’existence de plateformes.

images de quelques réalisations des départements technologiques de l'Irfu

Le Synergium est la grande plate-forme technologique
du Département des accélérateurs, de cryogénie et de
magnétisme qui s’étend sur plus de 25 000 m².

Sur le site de Saclay, 50 000 m² sont ainsi consacrés à plusieurs plateformes thématiques (spatial, micro-électronique, accélérateurs et aimants, bureau d’étude, calcul), évolutives au fil de la vie des projets. Le Ganil, à Caen, est un TGIR co-opéré par le CEA et le CNRS, délivrant du faisceau plusieurs mois par an pour la recherche en physique nucléaire mais également pour de multiples applications.

L’Irfu est structuré en sept départements eux-mêmes constitués de laboratoires (ou de services dans le cas du Ganil) :

Le département des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme (DACM)

Le département d’ingénierie des systèmes (DIS)

Le département d’électronique, des détecteurs et d’informatique pour la physique (DEDIP)

Le département d’astrophysique (DAp) qui recouvre très largement l’unité mixte de recherche AIM sous cotutelle CEA-CNRS-Université Paris-Diderot

Le département de physique nucléaire (DPhN)

Le département de physique des particules (DPhP)

Le département Ganil (Ganil), partie du GIE CEA-CNRS

L’institut accueille depuis 2015 le laboratoire de recherche sur les sciences de la matière (LARSIM) et 5 chercheurs du département d’astrophysique et du département de physique des particules sont affectés à l’unité mixte de recherche APC sous cotutelle CEA-CNRS-Université Paris Diderot-Observatoire de Paris.

Quelques images illustrant les plateformes technologiques à l'Irfu (Calcul, algorithme, électronique, intégration en salles blanches...)

L’Irfu est localisé autour de trois grands pôles. Le pôle principal est situé sur le site principal du centre CEA de Paris-Saclay. Il regroupe environ 580 salariés de l’échelon direction et des départements DPhP, DEDIP, DIS et DACM. Le site de l’Orme des Merisiers situé à 2 km environ du site principal regroupe près de 255 salariés du DAp et du DPhN. Enfin, 115 salariés CEA du Ganil sont localisés à Caen sur le campus Jules Horowitz.

L’Irfu en chiffres

200 physiciens
300 ingénieurs
190 techniciens
105 doctorants (en moyenne 30 soutenances /an)
155 CDD et post-doctorants
Nombre de formations en alternance : 30
60 projets
Nombre de publications par an : 800
Nombre de brevets en portefeuille : 65 brevets
Nombre de thèses soutenues par an : 30

#1 - Last update : 08/08 2023

More ...

Advanced electronics and microelectronics : The competence in electronics at DEDIP is driven by the constantly increasing performance needs of data acquisition and data processing systems in experimental physics and astrophysics. The know-how of our teams includes system architecture, microelectronics, the design of standard or radiation hardened analog and/or digital electronic boards, the monitoring of subcontracting, the use of Field Programmable Gate Arrays (FPGA), and the development of embedded real-time software.

An avalanche of data in prospect at the LHC : 40 million times a second, bunches of protons pass each other at nearly the speed of light in the four detectors along the 27-kilometer ring of the LHC, CERN's giant particle accelerator near Geneva. At each bunch crossing, by virtue of the equivalence between energy and mass, collisions between particles generate myriads of other particles whose properties provide information about the laws of our Universe.

Banc vertical d'electropolissage - Anglais : Test 2 Cyprum itidem insulam procul a continenti discretam et portuosam inter municipia crebra urbes duae faciunt claram Salamis et Paphus, altera Iovis delubris altera Veneris templo insignis. tanta autem tamque multiplici fertilitate abundat rerum omnium eadem Cyprus ut nullius externi indigens adminiculi indigenis viribus a fundamento ipso carinae ad supremos usque carbasos aedificet onerariam navem omnibusque armamentis instructam mari committat.

Cap on the planets for the European Space Agency : The program committee of the European Space Agency has just selected the ARIEL (Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey) mission as the 4th intermediate class mission of the "Cosmic Vision" program with a budget of 450 million euros . ARIEL will be launched from the Kourou base in French Guiana in May 2028 and will be placed in orbit at the Lagrange L2 point, located 1.5 million kilometers from the Earth.

Centre for Muon Imaging Open to Social and Academic applications (MIMOSA) : This project benefits from Île-de-France region Sésame financing and its construction started in 2018. It will house the resources – some of which already exist – for building and characterising instruments intended for muon imaging, as well as a pool of muon imagers, in a building covering a total of 500 m2. This infrastructure will be both a technology platform and a centre of expertise, for detection components and systems and their operation, open to cross-disciplinary projects and industry.

CeSOX Meeting Paris Feb 5-6-7th 2014: Slides : Frebruary 5th, afternoon session 13:30 00:15 Opportunity of Deploying 100 kCi 144Ce next to BX in 2015 - Introduction M. Pallavicini / Th. Lasserre 13:45 00:45 100 kCi CeANG production at PA Mayak Th. Lasserre - CEA 14:30 00:30 Deployement of (A)NG system in the SOX pit P. Lombardi - INFN Milano 15:00 00:15 High-Z shielding: Mechanical Design Ch.

Cleanrooms : In order to guarantee their performance or their reliability, modern detectors often require construction or integration phases in a clean, controlled environment. To achieve this, DEDIP has about 50m² of dust-free zones allowing work under laminar flow, but, above all, two clean rooms: A 50 m2 room, called “MEGACAM” (named after the first user project), including 30m2 in ISO8, 25m2 in ISO7 and 5m2 in ISO5 and equipped with an equipment airlock. The ISO8 zone houses the CAPTINNOV bonding machine.

Computing and data processing facilities : Irfu has computer rooms in building 141 equipped with 31 racks, housing about 7000 cores and a storage capacity of 5 Petabytes. They were modernised between 2013 and 2017 and are today cooled by a centralised and highly energy-efficient free-chilling system with a capacity of 770 kW. Based on current projections, this capacity guarantees long-term operation until 2025.

CONVECTION : This process transports thermal energy through displacement of a fluid. What is hot goes up, what is cold comes down. A common instance is that of a pan of water set on a heat source (electric heating element, gas ring…). The water heated at the bottom of the pan is lighter, and rises to the surface, where it cools, sinks back, is warmed again, rises once more, etc. Such convective motion tends to reduce the difference in temperature between pan bottom and surface.

COROT :

Cryomodule assembly platform : Context 1650 m2 cryomodule assembly halls with 3 cranes (m ≤ 20 t).

CTA's integration and tests platform : DEDIP has room and laboratories covering a total of 2700 m2, allowing for the construction and characterisation of large equipment items. Since 2014, it has been undergoing an upgrade programme, notably with the CTA integration and characterisation platform which mainly comprises: An optical bench for the characterisation of mirrors, able to measure their reflectivity and their PSF. A 65 m2 dark room, defined for the development, characterisation and acceptance testing of complete NECTARCAM cameras.

Data acquisition systems : The purpose of electronic data acquisition systems is to collect, digitize, format and process the data produced by detection systems that constitute the heart of experimental physics projects. By their very nature, these systems consist of numerous detection nodes running in parallel and producing large flows of digitized data (Fig. 1).

Data processing : The COAST project (Computational ASTrophysics) is a program of massively parallel numerical simulations in astrophysics involving astrophysicists and software engineers from CEA / Irfu. Visualizing the huge amount of data produced in these simulations is a big problem: visualization tools have been developed to analyze these simulation results for cosmology and formation of galaxies, the interstellar medium and the magneto-hydrodynamics of the stars performed with local simulation codes.

DIagnostics, Vacuum and Assembly (DIVA) : Context DIVA is a laboratory created in 2014 within the Synergium-Intensity project financed by the Ile-de-France region. The laboratory is a clean air-conditioned zone where several working areas are available for mechanical assembly, vacuum leak tests, pumping speed measurement or hydraulic tests for various parts of accelerators, ion sources or beam diagnostics.

DYNAMO : Magnetism (1) is the field, or the study of magnetic phenomena, the most common physical manifestation of which may be observed in magnets, or lodestones. Effects of the magnetic field are to be found in most celestial bodies and phenomena. On Earth, for instance, it is the so-called “geomagnetic” field which acts on compass needles, aligning them along the north–south axis.

FLARE PREDICT :

GolF :

HELIO :

Herschel Dwarf Galaxy Survey : Titre publi

High Intensity Proton Injector (IPHI) : Context The High Intensity Proton Injector (IPHI) is a proton accelerator. IPHI features a proton beam with the following characteristics: E ≤ 3 MeV, 1 mA ≤ Ipeak ≤ 100 mA, duty cycle from 1 ms / 1 Hz up to continuous mode. In addition, the facility can be used as a neutron source at low flux (109 – 1010 n/s).

Horizontal Cryogenic Station for Magnetic Tests (SCHEMa) : Context Test of superconducting magnets at low temperature up to 1.8 K and 20 000 A. In its standard working mode, the station has a horizontal cryostat which allows one to test cold masses with a diameter of up to 0.6 m and a length of up to 8 m. But it is also possible to test magnets if they have their own cryostat provided an adaptation.

Integrated chemistry cabinets : Context Integrated chemical treatment station for elliptical cavities (h ≤ 150 cm), Buffered chemical polishing (BCP) station for 1/4 and 1/2 wave caivities.

KEPLER :

Kepler : Spin alignment of stars in old open clusters Enrico Corsaro, Yueh-Ning Lee, Rafael A. García, Patrick Hennebelle, Savita Mathur, Paul G. Beck, Stéphane Mathis, Dennis Stello & Jérome Bouvier Nature Astronomy, March 13 2017

LHC detectors: particles tracked : The LHC is a formidable particle accelerator of 27 kilometers in circumference located at CERN near Geneva. After three years of maintenance, the enormous complex has once again started to explore the infinitely small this summer in a third run. A run full of scientific promise, as the machine's performance has been improved. The accelerator has gained in energy and luminosity, but the four giant detectors at the heart of which the "projectiles" collide at almost the speed of light are not to be outdone.

MACHAFILM - Thin Film Deposition Laboratory : Context Two ALD reactors: Research Scale: small sample, test new chemistries and thin film deposition processes Developments scale: ALD on large objects. Future HIPIMS (High Impulse Magnetron Sputtering) deposition system on samples and large objects. Research topics: Corrosion, Supraconductors (cavité, QuBits), multipacting (coupleurs, cavité...), filtration. Materials: nitrides, oxides, some metals.

MHD : Star Planet SDI Wind

Orbital Evolution : Depuis la découverte de la première planète extrasolaire en 1995, la physique des systèmes planétaires a connu une véritable révolution. En effet, en considérant les 2900 exoplanètes dont l’orbite a été caractérisée, on constate que l’architecture de notre système solaire n’est pas commune.

PLATO : GENERALITE The PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) mission will assemble the first catalogue of confirmed and characterised planets with known mean densities, compositions, and evolutionary ages/stages, including planets in the habitable zone of their host stars.

Projets : Notre laboratoire est associé aux projets suivants. Projet ANR: Horizon (2002-2006) http://www.projet-horizon.fr Projet ANR: MAGNET (2006-2010) http://magnet.ens.fr/ Projet ANR: Synerghy (2006-2010) http://irfu.cea.fr/Projets/SINERGHY/ Projet Européen CosmoComp (2010-2014) http://www.icc.dur.ac.uk/cosmocomp/ Projet Européen ASTROSIM (2007-2011) http://www.astrosim.net/

ROTATION : Rotation, represented by the symbol ?, occurs throughout the Universe (planets, planetary systems, stars, galaxies…). Its effect on a given element (solid object, fluid…) depends on the centrifugal force and Coriolis force. The former tends to drive any element away from the center. The latter’s effect is to deflect any moving object to the right in the northern hemisphere, to the left in the southern hemisphere.

SDI :

SPI 2014 :

STAR PLANET : Les exo-planètes découvertes jusqu’à présent sont pour un grand nombre en orbite très proche de leur étoile hôte. Ceci est simplement dû aux méthodes de détection utilisées pour les trouver : plus une planète est massive et proche de son étoile, plus elle est capable de l’influencer gravitationnellement.

STARS, PLANETS, AND THEIR ENVIRONEMENTS : Le magnétisme fossile des étoiles Des aimants cosmiques permanents Des chercheurs du Service d'Astrophysique du CEA-Irfu et de l’Université de Bonn (Allemagne) viennent de démontrer l'existence de champs magnétiques stables dans les régions non convectives des étoiles comme les couches externes des étoiles plus massives que le Soleil ou le cœur des étoiles de type solaire.

Stellar Evolution : Jusqu’à la fin des années 1990, le développement des modèles d’évolution stellaire qui permettent de comprendre l’évolution structurelle et nucléaire des étoiles depuis leur formation jusqu’aux phases avancées de leur vie, s’est concentré sur l’amélioration de la microphysique (l’équation d’état, les opacités, etc.).

structure turbulente et multiphase sur la formation des nuages moléculaires :

Test beam facilities : Synergium combines the necessary means to operate the IPHI proton injector, test high intensity sources as well as the diagnostic instrumentation necessary to evaluate the quality and reliability of these Hi Tech components that are here designed and made to measure.

The CERN office : CERN has always been one of Irfu’s main partners and several of the institute’s employees regularly go there or even stay there for several years. The Irfu office at CERN offers valuable support when setting up or carrying out experiments. In addition to providing the essential interface role with the CERN technical teams, the office also has a mechanical workshop.

The large IRAM/NIKA2 program "IMEGIN" supervised by CEA : Suzanne Madden, from the Department of Astrophysics at CEA, is the principal investigator of IMEGIN (Interpreting the Millimetre EMission of Galaxies), one of 5 Guaranteed Time Large programs proposed by the NIKA2 collaboration. About 200 observing hours have been awarded on the 30m IRAM telescope. The millimeter part of the spectrum is one of the least explored parts of a galaxy's spectral energy distribution, yet it contains emission from three fundamentally important physical processes.

Transport Mechanism : Depuis leur formation jusqu’à leurs stades ultimes d’évolution, les étoiles perdent énormément de moment cinétique. Par exemple, les vents stellaires ralentissent les étoiles de type solaire tout le long de la séquence principale durant laquelle l’hydrogène est transformé en hélium.

Vertical electropolishing cabinet : Context Chemical and electrochemical treatment of elliptical cavities (maximum cavity height: 1.8 m and maximum mass: 200 kg). This station allows one to perform chemical or electrochemical polishing of the internal surface of niobium cavities.

WIND : Vents stellaires : les atmosphères dynamiques des étoiles Au début des années 1960, les programmes spatiaux des deux grandes puissances, Mariner pour les États-Unis et Luna pour l’URSS, ont montré l’existence d’un flux supersonique de particules ionisées, le “vent”, dans le milieu interplanétaire.

Institute of research into the fundamental laws of the Universe

Fundamental Research Division