CE31 - Physique Subatomique, Sciences de l'Univers, Structure et Histoire de la Terre

Ensemble Cible-Source pour la Production d'Ions de Courte Durée de Vie – TULIP

TULIP : Ensembles Cible-Source pour la Production d'Ions de Courte Durée de Vie

L’étude des noyaux exotiques est une des principales voies de recherche en physique nucléaire qui ouvre la possibilité à des découvertes d’ordre mondial. Le projet TULIP a pour ambition d’étendre à court terme les possibilités d’études en recherche subatomique par la création de nouveaux faisceaux d’ions radioactifs (RIB) sur le site du Grand Accélérateur National d’Ions Lourds (GANIL) situé à Caen.

Vitesse et efficacité pour la production d’ions exotiques de courte durée de vie

Vitesse et efficacité sont essentielles et seront optimisées pour produire dans un premier temps des RIB d’alcalins de courte durée de vie (dizaines de millisecondes) et dans un second temps pour progresser vers la production de RIB métalliques dans la région du 100Sn. Ces dispositifs sont conçus pour fonctionner dans des environnements extrêmes (fortes températures, forts débits de dose), et leur tenue dépend de la capacité des matériaux et de leur combinaison à résister à ces conditions. Une conception de pointe associant des techniques robustes et innovantes permettra de produire des RIB à partir de réactions nucléaires de fusion-évaporation.

Des matériaux de nanotechnologie innovants, des développements de cibles pour les environnements hostiles et des combinaisons techniques originales sont développés et testés hors-ligne, lors d’expériences sur banc d’essais au GANIL. Une fois au point, les systèmes sont testés en-ligne, à l’aide des faisceaux de la plateforme ALTO à IJCLab (Orsay) qui permettent la production d’ions métalliques à partir de réactions de fusion-évaporation. Chaque aspect du projet, réactions nucléaires, cibles, matériaux pour la cavité, thermo-, mécano- et électro- technologies sont abordés individuellement puis progressivement assemblés au cours d’un programme de développement expérimental.

Les expériences de réactions nucléaires de fusion-évaporation ont été menées avec réussite sur la plateforme ALTO et les taux de plusieurs noyaux radioactifs a été quantifiés. Les expériences d’irradiation permettant de caractériser les comportements des matériaux par des mesures d’implantation et relâchement ont fourni des résultats encourageants quant à l’utilisation de nano-matériaux dans ces environnements extrêmes. Des études sur banc d’essai ont apporté les premières preuves de l’efficacité du principe d’extraction rapide des ions, confortant ainsi les ambitions de production de RIB de courte durée de vie.

La nature de ces ensembles cibles-sources pourrait à court terme ouvrir la voie à des expériences ambitieuses en physique subatomique à SPIRAL1/GANIL, en préliminaire à des expériences de SPIRAL2/DESIR visant des noyaux très exotiques, observables uniquement au prix d’une efficacité de production exceptionnelle.

..bientôt disponible

L'étude des noyaux exotiques, ou systèmes nucléaires de courtes durée de vie, est l’une des principales voies de la physique moderne qui présente un fort potentiel de découverte. La production de ces systèmes, sous la forme d’ions, est un prérequis à l’amélioration de notre compréhension du monde subatomique. Le cap national pour la production de faisceaux d’ions radioactifs est donné par l’installation SPIRAL et la feuille de route SPIRAL2 ESFRI, basé au Grand Accélérateur National d’Ions Lourds (GANIL) à Caen [1]. Le projet TuLIP de système de cible-source pour la production d’isotopes de courte durée de vie vise une extension à moyen-terme des possibilités de recherche en physique nucléaire par la production de faisceaux d’ions radioactifs uniques qui permettront de réaliser des expériences ambitieuses de physique subatomique à GANIL.

Cet effort effectué au sein d’une collaboration entre GANIL et l’Institut de Physique Nucléaire d’Orsay (IPNO) utilisera les réactions nucléaires de fusion-évaporation à l’intérieur d’un ensemble cible-source équipé d’un matériau innovant nano-structuré spécifiquement développé pour la recherche en physique nucléaire. Les tests en ligne des développements conjoints seront réalisés à l’aide des faisceaux accélérés de l’installation ALTO [2] située à l’IPN d'Orsay. C’est un projet à court-terme, complémentaire aux développements de SPIRAL en cours et qui pourrait fournir un tremplin important au lancement d’un programme de recherche emblématique dédié à la primo observation de noyaux exotiques.

Le premier prototype pourrait permettre la post-accélération de faisceaux d’ions radioactifs alcalins pour la réalisation d’expériences à l’échéance de 2021. Le succès d’un second prototype pourrait permettre celle d’expériences avec des faisceaux d’ions métalliques de basse énergie à l’échéance de 2023. L’ionisation laser sera étudiée à ALTO en 2020 pour explorer la production d’ions métalliques avec le premier prototype. Tous les aspects de ce travail seront d’accès libre via publications dans des revues spécialisées. Ils devraient bénéficier à une large communauté de physiciens et stimuler des possibilités d’expériences de physique uniques.

L’une des régions les plus prometteuses pour la physique est celle du noyau de 100Sn. Ce noyau, composé de 50 protons et de 50 neutrons est le plus exotique des noyaux symétriques doublement magique qui peuvent être créés. Nous visons la production d’ions radioactifs métalliques de courte durée de vie autour de ce noyau, et l’atteinte de son voisinage sera notre indicateur de succès.

[1] pro.ganil-spiral2.eu/spiral2
[2]http://ipnwww.in2p3.fr/installation-ALTO, ENSAR2 EU HORIZON2020, contrat n°654002

Coordination du projet

Pascal JARDIN (Grand accélérateur national d'ions lourds)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IPNO Institut de Physique Nucléaire d'Orsay
GANIL Grand accélérateur national d'ions lourds

Aide de l'ANR 419 385 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2019 - 48 Mois

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