Premiers faisceaux de protons pour l'installation Neutrons For Science

Publié par Redbran le 29/12/2020 à 13:00
Source: CEA IRFU
L'installation NFS (Neutrons For Science) a reçu les premiers faisceaux de protons délivrés par l'accélérateur linéaire de la nouvelle installation Spiral2 du Ganil en décembre 2019. En marge de la mise en service progressive de l'accélérateur en 2020, de courtes périodes de faisceau ont été mises à profit pour tester avec succès plusieurs éléments de NFS. Les premières expériences sont prévues auprès de l'installation à l'automne (L'automne est l'une des quatre saisons des zones tempérées. Elle se place entre l'été et...) 2021.


Figure 1: photographie de la station d'irradiation de l'installation NFS.

Un premier faisceau de protons accélérés à 33 MeV a été envoyé en décembre 2019 dans la station d'irradiation de NFS (figure 1), couplée à un système de transfert pneumatique permettant de transporter les échantillons irradiés jusqu'à une station de mesure. Les sections efficaces de production de plusieurs noyaux obtenus par irradiation d'échantillons de fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le...) et de cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre...) ont ainsi été mesurées. Les résultats de ce test sont en accord avec les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) précédemment publiées. Le dispositif d'irradiation et de mesure, construit et opéré par des physiciens du laboratoire NPI de Rez (République Tchèque), sera utilisé dans le futur pour des mesures inédites de sections efficaces de réaction par activation (Activation peut faire référence à :).

Les premiers neutrons produits par l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) d'un faisceau de protons avec des cibles (convertisseurs) minces de lithium (Le lithium est un élément chimique, de symbole Li et de numéro atomique 3.) et de béryllium (Le béryllium est un élément chimique de symbole Be et de numéro atomique 4....) ont été produits en septembre 2020. Le spectre en énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) et le flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) des neutrons produits à zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr,...) degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines...) ont été mesurés avec un détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change...) constitué d'une cellule de scintillateur (Un scintillateur, est un matériau qui émet de la lumière suite à l'absorption d'un rayonnement.) plastique couplé à un photomultiplicateur (Le photomultiplicateur est un dispositif permettant la détection de photons. Il se présente sous...). L'énergie des neutrons était déterminée par la technique du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) de vol, c'est-à-dire par la mesure du temps que les neutrons mettent à parcourir la distance séparant leur point (Graphie) de production du détecteur. Les caractéristiques temporelles du faisceau (largeur en temps d'une bouffée de neutrons et fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) de ces paquets) autorisent la mesure de l'énergie des neutrons sur tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) le domaine en énergie (1-30 MeV) avec une bonne résolution. Le spectre des neutrons générés par l'interaction des protons avec des cibles minces de lithium et de béryllium est quasi mono-énergétique comme le montre la figure 2.


Figure 2: spectre quasi mono-énergétique des neutrons produits à 0° lors de l'interaction d'un faisceau de proton de 31,9 MeV avec les convertisseurs fins de lithium et de béryllium.


Figure 3: spectre en énergie des neutrons produits par l'interaction d'un faisceau de proton de 31,9 MeV avec un convertisseur épais de béryllium.

Un convertisseur rotatif plus épais en Béryllium conçu pour supporter un dépôt de puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de 2 kW correspondant à un faisceau de deutons de 40 MeV à une intensité moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de...) de 50 μA a été réalisé par le DIS (voir la vidéo (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la...) du chargement (Le mot chargement peut désigner l'action de charger ou son résultat :) et déchargement d'une cible réalisée en 2018 avant sa livraison au Ganil). Les compétences du DIS allant des calculs thermiques, de la conception et la réalisation mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) à l'électrotechnique (Étymologiquement l'électrotechnique désigne l'étude des applications techniques de...), l'instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) et l'automatisme ( Techniquement, un automatisme est un sous-ensemble ou un organe de machine(s) destiné à...), leurs équipes ont conçu, réalisé, monté et mis au point l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) robotisé. Celui-ci permet de charger une cible d'épaisseur variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle...), puis de piloter sa rotation et de surveiller son intégrité sous 2 kW de deutons. Une gestion à distance permet finalement de garantir le chargement et le déchargement de la cible à l'intérieur de la chambre à réaction jusqu'à sa mise en stockage.

Ce dispositif est essentiel pour la réalisation des futures expériences sur NFS car il permettra de produire les flux de neutrons les plus intenses. Les deutons n'étant pas encore disponibles auprès du Linac au moment du test, c'est un faisceau de protons de 31,9 MeV qui a été utilisé. Le spectre en énergie des neutrons mesuré par la méthode du temps de vol est présenté sur la figure 3. Dans ce cas le spectre en énergie est continu. Comme illustré dans la figure, il est en très bon accord avec des données antérieures. Des tests de puissance ont également été réalisés au cours desquels l'évolution de la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) en différents points du convertisseur était mesurée en fonction de la puissance de faisceau déposée. Une puissance de 1350 W a été atteinte et les températures mesurées sont en accord avec les valeurs simulées.

Enfin au cours l'automne 2020, une première expérience test a été réalisée à l'aide du détecteur MEDLEY. Il est constitué d'une chambre à réaction contenant plusieurs télescopes (Si-Si-CsI) permettant de détecter les particules chargées légères émises par une cible placée dans la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et...) des faisceaux de neutrons. Les signaux générés par ces détecteurs étaient traités par des modules électroniques NUMEXO2 réalisés au GANIL. Deux cibles de CH2 et de C ont été utilisées. La figure 4 montre un exemple de spectre produit à l'aide de deux détecteurs d'un télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant...) permettant l'identification des particules chargées légères émises au travers de leurs pertes d'énergies dans les détecteurs (ΔE1-ΔE2).


Figure 4: matrice d'identification en perte d'énergie (?E1-?E2) des particules charges émises par une cible de CH2 irradiée par un faisceau quasi mono-énergétique de neutrons.

Contact:
Xavier Ledoux - (Ganil) - xavier.ledoux at ganil.fr
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