GANIL : un nouvel accélérateur d'atomes en Normandie, le SPIRAL 2

Le GANIL a été créé en 1976 par le Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA) et le Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS). Là, depuis près de 40 ans, des physiciens cassent des ions accélérés pour obtenir de nouveaux atomes et percer les secrets de la matière à l’échelle du noyau de l’atome.

Ces évolutions, dont SPIRAL 2 constitue une étape majeure, ont permis au GANIL de devenir l’un des cinq plus grands laboratoires au monde pour la recherche avec des faisceaux d’ions. Son principe de fonctionnement est néanmoins resté le même : créer des ions chargés électriquement en arrachant des électrons à des atomes neutres. Les noyaux de ces atomes vont ainsi, en passant dans des champs électriques et magnétiques de l’accélérateur, atteindre des vitesses se rapprochant du tiers de celle de la lumière avant de percuter les noyaux des atomes d’une cible. 

Ces collisions à très haute énergie permettent d’induire des réactions nucléaires donnant naissance à des noyaux dits « exotiques », parce qu’ils ne font pas partie des 291 isotopes stables que l’on trouve à l’état naturel sur Terre. Plus d’une centaine de ces noyaux ont déjà été synthétisés et étudiés au GANIL. « La mise en service de SPIRAL 2 va permettre la production de noyaux très rares, ouvrant la voie à l’étude de structures encore inconnues », explique Héloïse Goutte, directrice adjointe du GANIL. 

Avec à peine un mois d’arrêt dû au Covid-19, la phase 1 de SPIRAL 2 est bien avancée. « Au cœur des installations, l’accélérateur linéaire LINAC, enterré à neuf mètres sous terre sur cent mètres de long, est constitué d’un enchaînement de 19 cryomodules, contenant des cavités supraconductrices fonctionnant à -270 °C, détaille Xavier Ledoux, coordinateur de la salle NFS. L’ensemble est capable d’accélérer des particules plus légères (protons, deutons, alpha) que les cyclotrons du GANIL et des ions lourds à des intensités jusqu’à plusieurs centaines de fois plus importantes que celles disponibles aujourd’hui. Ces faisceaux sont acheminés, en fonction de leur nature, vers deux nouvelles salles d’expérience. »

La salle NFS (Neutrons For Science) exploite les flux de neutrons intenses créés par l’interaction des protons ou des deutons sur des cibles. Elle a accueilli ses premières expériences en septembre 2021. « Entièrement modulable, elle permet l’installation de détecteurs et de capteurs de différents formats pour mesurer des paramètres nucléaires de base après impact des neutrons sur une cible" complète Xavier Ledoux. 

Chercheur au CEA en région parisienne, Vincent Méot a bénéficié en novembre dernier d’un « temps de faisceau » d’une dizaine de jours dans la toute nouvelle salle NFS. Il est venu avec son équipe tester le détecteur de neutrons qu’ils ont mis au point. « Un engin de plus d’une tonne ! », précise le chercheur. L’expérimentation est prometteuse. « Nous allons analyser nos données et soumettre au comité international du GANIL un nouveau projet d’ici l’été ».

La seconde salle d’expérience S3 (Super séparateur spectromètre) n’entrera en service qu’en 2024 (en vert sur le schéma) : elle utilisera les faisceaux d’ions lourds pour étudier les noyaux exotiques produits dans des réactions de fusion nucléaire. « C’est là que seront testés les limites d’existence du noyau, en créant des isotopes supers lourds », annonce Héloïse Goutte. L’aventure scientifique avec SPIRAL2 a commencé. Elle promet de très belles découvertes.