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Supratech : vers les accélérateurs de particules du futur

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Les accélérateurs de particules du futur seront équipés de cavités accélératrices supraconductrices, pour la production de faisceaux de protons ou d'électrons de haute intensité. Afin de se doter des infrastructures nécessaires à la mise au point de ces cavités (installations cryogéniques, salles blanches, etc), l'IN2P3-CNRS1 et le Dapnia-CEA2, pionniers en la matière, viennent de créer la plate-forme de recherche technologique régionale Supratech. Les chercheurs y réaliseront notamment les équipements de Spiral2, projet d'extension du Grand accélérateur national d'ions lourds (Ganil, CNRS/CEA), à Caen. Cette mutualisation des moyens et des compétences leur permettra également de répondre aux enjeux des programmes européens majeurs de la discipline qui auront des retombées jusqu'en médecine et biologie.

Aujourd'hui, les accélérateurs linéaires utilisent deux technologies distinctes pour faire atteindre aux particules des vitesses proches de celle de la lumière : la technologie "chaude" (à température ambiante) et la technologie "froide" (à la température de l'hélium liquide, soit quelques degrés au-dessus du zéro absolu). Dans les deux cas, le champ électrique, généré par une source de puissance radio-fréquence3, crée une onde sur laquelle la particule se met à "surfer", gagnant ainsi de la vitesse. Avec la technologie "froide", la plus récente, l'ensemble de la puissance de la source est transmise à la particule. En effet, grâce à la supraconductivité des cavités accélératrices, il n'y a aucune dissipation d'énergie. Cet avantage explique les très bonnes performances de ces accélérateurs (supérieures à 10 mégavolts par mètre pour les protons et 30 pour les électrons) et leur faible consommation électrique. En revanche, le refroidissement impose un environnement cryogénique complexe, qui sera disponible au sein de la plate-forme Supratech.

Les nouveaux équipements de Supratech seront répartis sur trois sites : l'Institut de physique nucléaire d'Orsay, le Laboratoire de l'accélérateur linéaire d'Orsay (tous deux CNRS-IN2P3/Université Paris 11) et le Dapnia (CEA Saclay). Ils compléteront les équipements existants, notamment la station "Cryholab" de Saclay : une enceinte de grand volume remplie d'hélium liquide pourvue de sources de puissance radio-fréquence, pour tester les cavités supraconductrices. Les nouveaux équipements comporteront des locaux pour le traitement chimique des cavités, des salles blanches de montage des cavités, des zones expérimentales pour les tests à "chaud" ou à "froid" et des sources de puissance radio-fréquence.

Un prototype de Cavité Spiral2 en salle blanche à Saclay. Crédits : © CNRS- Sébastien Bousson (IPNO)

La plate-forme Supratech est dotée d'un budget de 5 millions d'euros sur quatre ans. Le CNRS et le CEA y participent à hauteur d'un tiers, de même que le Conseil régional d'Île-de-France et la Commission européenne. Cette plate-forme est gérée par un groupement d'intérêt scientifique et bénéficie du soutien logistique des services administratifs et financiers des laboratoires du CNRS et du CEA.

Avec cette plate-forme, le CNRS et le CEA ont pour objectif de coordonner leur recherche sur les cavités accélératrices et de mutualiser leurs moyens de test. Les installations serviront au développement des cavités accélératrices et des cryostats de Spiral2, projet d'extension du grand accélérateur national d'ions lourds4 (Ganil, CNRS/CEA) à Caen. Elles seront également utilisées dans le cadre de trois projets de recherche européens qui nécessitent des faisceaux de protons et d'électrons de grande intensité :

  • Care (Coordinated accelerator research in Europe), ensemble de projets de développements et de réseaux scientifiques pour la réalisation de futurs projets d'accélérateurs de protons (dans le but d'obtenir des sources de neutrinos) et d'accélérateurs d'électrons pour les collisionneurs4.
  • Eurisol (European isotope separator on-line), études conceptuelles pour la production de faisceaux d'ions radioactifs qui serviront à l'étude de la structure du noyau atomique, à l'astrophysique nucléaire, en sciences des matériaux, et en bio-médecine.
  • Eurotrans pour la transmutation des déchets nucléaires dans un réacteur piloté par un accélérateur.
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