PIège de PEnning pour des ions RAdioactifs à DEsir – PIPERADE

La connaissance de la structure des noyaux atomiques s’est considérablement développée avec l’étude des noyaux exotiques produits par des accélérateurs. De nombreux phénomènes ont été mis en évidence montrant les limites des modèles développés jusqu’alors. Dans le domaine des interactions fondamentales sous jacentes, de nombreuses expériences ont permis de tester les limites du Modèle Standard (MS) et de montrer dans certains cas la nécessité d’introduire de nouveaux concepts théoriques. Que ce soit pour l’étude de la structure des noyaux exotiques ou pour l’étude des interactions fondamentales, le nouvel accélérateur SPIRAL2 (2015) permettra de réaliser des expériences sur des noyaux aujourd’hui inaccessibles. Un grand effort est fourni par la communauté pour développer les instruments expérimentaux qui y seront associés. En particulier, l'installation DESIR dans laquelle le CENBG s’investi fortement et dans laquelle de nombreux équipements seront installés pour des études de spectroscopie par décroissance (BESTIOL), assistée par laser (LUMIERE), de mesure de masse…
Cependant, ces études nécessitent de disposer d’ensemble de noyaux exotiques ultra-purs. Par exemple, la description des interactions fondamentales atteint un degré de prédiction extrêmement élevé et la détermination des paramètres fondamentaux du MS nécessite des expériences de très hautes précisions. Les paramètres accessibles par des expériences de physique nucléaire sont aujourd'hui déterminés par l'étude des décroissances nucléaires de type 0+->0+ pour lesquelles de gros progrès seront obtenus par les mesures de hautes précisions dans lesquelles seront déterminés les temps de vie et les taux d'embranchements pour des noyaux tels que 66As, 70Br… Dans le cadre de la structure nucléaire, les études de décroissance permettent d’avoir accès aux informations spectroscopiques qui peuvent être comparées aux modèles. C’est avec de telles études qu’il a été montré, par exemple que le nombre magique N=20 disparait pour les isotopes riches en neutrons. La structure de nombreux noyaux qui seront produits par SPIRAL2 est aujourd’hui totalement inconnue et un large programme expérimental sera accessible. Il est par exemple prédit que pour les noyaux les plus exotiques, la possible disparition de l’interaction spin-orbite pourrait conduire à l’émergence de nouveaux nombres magiques correspondant à ceux de l’oscillateur harmonique. Un autre sujet d’actualité concerne les données nucléaires nécessaires dans le cadre du cycle électronucléaire. Pour de nouveaux cycles, par exemple basés sur le 232Th, des données de base comme des durées de vie, des rapports d’embranchement, des masses et des probabilités d’émission de neutrons manquent et ces données seront accessibles par des mesures effectuées à DESIR.
Dans l’optique d’obtenir des ensembles de noyaux exotiques purs ou ultra-purs, les méthodes traditionnelles utilisant des spectromètres de haute résolution ne sont pas suffisantes. Nous proposons ici le développement d'un système original de double piégeage permettant à la fois d’accepter un grand nombre de noyaux (>>10**4) avec une résolution en masse de l’ordre de 10-5. Le principe consiste à purifier des noyaux radioactifs dans un premier piège électromagnétique et de les stocker dans un second afin d'en accumuler de grande quantités. En amont du piège, un refroidisseur de type RFQ servira à ralentir, focaliser et grouper les ions par paquets pour les injecter dans le piège. Le système de piégeage se composera d’un aimant supraconducteur et d’un système d’électrodes pour « inciter » les ions à faire des mouvements qui dépendront de leur masse permettant de séparer les différents isotopes et de produire alors des échantillons mono-isotopiques. Pour développer ce système original, des simulations seront effectués pour déterminer les caractéristiques de chaque élément et les performances de l'ensemble du système seront validées par l'utilisation d'une source d'ions stables.