Alto, la première installation au monde délivrant pour les scientifiques des faisceaux utilisant le principe de la photofission pour la production de faisceaux exotiques, vient d'être inaugurée à l'Institut de physique nucléaire d'Orsay. Il servira à la recherche fondamentale sur les noyaux exotiques, ainsi qu'en astrophysique nucléaire. Il produira également des faisceaux pour des applications dans le domaine de l'électronique spatiale ou encore pour des études permettant d'améliorer la sûreté des centrales nucléaires. Alto permettra aussi de conduire d'importants travaux de recherche et développement pour les installations de futures générations telles que Spiral2 à Caen, destinées à produire des noyaux exotiques à des intensités beaucoup plus élevées.
Deuxième déflecteur électrostatique de la ligne basse énergie à Alto.
Après une séparation en masse effectuée par un séparateur de résolution Dm/m=1500 et une sélection des éléments d'intérêt par ionisation résonnante par laser, les précieux faisceaux de noyaux exotiques sont transportés à une énergie de 30 kV vers les lignes expérimentales.
La nécessité de disposer de plusieurs dispositifs expérimentaux fixes et volumineux afin d'étudier les propriétés des noyaux exotiques impose de disposer de plusieurs lignes de faisceaux. Afin de diriger le faisceau vers le dispositif adéquat, le transport s'effectue à l'aide d'éléments uniquement électrostatiques.
©CNRS Phototheque-Cyril Fresillon Est-ce que les noyaux instables peuvent révéler une partie importante du puzzle que constitue l'interaction nucléaire pour les chercheurs qui se doivent, à l'aube ce 21e siècle, d'en maîtriser les multiples facettes ? En l'absence de théorie prédictive, la physique nucléaire doit explorer le monde complexe des noyaux atomiques en cherchant à les étudier dans leurs compositions en protons et neutrons les plus exotiques. À cette fin, il est nécessaire de mettre au point des instruments capables de produire des noyaux exotiques par nature instables et n'existant donc pas à l'état naturel sur la Terre, alors qu'ils apparaissent parfois dans les processus à l'œuvre au cœur des étoiles. Ce sera l'une des missions principales de la nouvelle installation Alto inaugurée le 13 mai à l'Institut de physique nucléaire d'Orsay (CNRS/Université Paris Sud), et qui sera mise à disposition de la communauté de la physique nucléaire du monde entier. Alto utilise une technique unique au monde de photofission pour la production de tels noyaux, basée sur un flux de photons générés par un intense faisceau d'électrons et bombardant une cible de carbure d'uranium 238 chauffée à plus de 2000°C. Grâce à des lignes instrumentales dédiées, Alto pourra étudier avec précision de nombreuses caractéristiques des noyaux exotiques notamment ceux très riches en neutrons et permettra d'explorer de nouvelles terres inconnues de la physique nucléaire.
Alto constitue aussi une étape importante vers la réalisation d'installation de nouvelles générations telles que Spiral2 qui sera installé au Ganil (Grand accélérateur national d'ions lourds) de Caen et produira des noyaux exotiques à des intensités sans précédent. Alto va notamment développer d'importants programmes de recherche et développement pour la mise au point des techniques et la conception des cibles et de l'instrumentation nécessaires pour ces futures installations dans le monde.
Alto fournit également des faisceaux de particules chargées destinés à tester et optimiser les composants électroniques pour l'industrie spatiale. Des faisceaux de nanoparticules permettront aussi des études dans le domaine des nanotechnologies, la concentration d'énergie déposée à des échelles nanométriques permettant par exemple de créer des nano-diamants sur dans du graphite ou bien d'analyser des tissus biologiques. Alto permettra encore de mieux comprendre le domaine des radiations gamma telles que celles émises au cœur des réacteurs nucléaires dans le but d'une meilleure maîtrise des processus en jeu dans les centrales du futur et d'accroître la sûreté dans l'industrie nucléaire.
Vue d'ensemble de l'accélérateur linéaire à électrons à Alto
L'accélérateur linéaire à Alto délivre un faisceau d'électrons de 50 MeV avec une intensité de 10µA servant à induire des réactions de photofission dans une cible de carbure d'uranium pour la production de faisceaux exotiques riches en neutrons.
À la sortie du canon à électron (non visible sur la photo) les électrons sont injectés dans un pré-groupeur et un groupeur (en bleu sur la photo) qui arrangent les électrons en faisceau et les prépare à l'accélération.
Une fois accélérés à 3MeV et regroupé en paquets, les électrons sont alors injectés dans le linéaire (dont le support est en jaune sur la photo) et atteignent à la sortie du linac une énergie de 50 MeV. Le faisceau est alors dévié par une série d'électroaimants afin d'atteindre la cible de production.
©CNRS Phototheque-Cyril Fresillon
La construction d'Alto a été financée par la Région Île-de-France, le Département de l'Essonne, le ministère de la Recherche et le CNRS.