Les Défis du CEA n°159 avril 2011
Les Défis du CEA n°159 avril 2011
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°159 de avril 2011

  • Périodicité : mensuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (200 x 297) mm

  • Nombre de pages : 20

  • Taille du fichier PDF : 3 Mo

  • Dans ce numéro : au coeur de la supraconductivité.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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8 P.Stroppa/CEA À la une les défis du cea avril 2011 Quadripôles de l’accélérateur linéaire Spiral. » > La supraconductivité joue un rôle prépondérant dans la conception et la réalisation des très grands instruments de recherche, dont les accélérateurs de particules. Pour développer les électroaimants supraconducteurs qui dévient les faisceaux de particules et les cavités radiofréquences qui les accélèrent, l’intérêt de la supraconductivité s’impose : grâce à leur résistance nulle, les conducteurs ne s’échauffent pas. Un supraconducteur peut donc être des centaines de fois plus fin qu’un conducteur en cuivre, ce qui permet de fabriquer des bobinages d’électroaimants bien plus compacts et bien plus légers. De la physique fondamentale à l’imagerie médicale À puissance égale, tailles et coûts sont alors réduits, tel que l’illustre Bruno Mansoulier, chercheur au CEA-Irfu : « Si le LHC, accélérateur du Cern, utilisait des aimants conventionnels en cuivre, son anneau serait quatre fois plus grand, avec une circonférence de 120 km, contre les 27 actuels. » Les détecteurs géants du LHC, dont Atlas et CMS, sont construits autour d’électroaimants supraconducteurs, en partie développés au sein du CEA-Irfu. Les cavités accélératrices, autres composants des accélérateurs de particules, deviennent également plus puissantes en se revêtant de matériaux supraconducteurs. Le CEA-Irfu en a ainsi équipé le Synchrotron Soleil il y a quelques années. De même, le nouvel accélérateur d’ions Spiral 2 au Ganil (voir encadré ci-dessous) bénéficiera du travail des physiciens de la plateforme SupraTech, créée en 2008 par le Électroaimant//Bobine ou ensemble de bobines qui développe un champ magnétique quand celles-ci sont alimentées en courant continu. Depuis 2007, le Ganil 1 produit et accélère des faisceaux stables de particules (du carbone à l’uranium) pour des études de physique nucléaire fondamentale et de recherches interdisciplinaires. En 2012, il pourra compter sur le nouvel accélérateur linéaire d’ions GRANDES INFRASTRUCTURES DE RECHERCHE Vue microscopique d’une coupe de pnicture, matériau supraconducteur synthétisé au CEA-Iramis en vue d’en étudier les propriétés. 200 µm SUR LA ROUTE DE SPIRAL 2 CEA et le CNRS à Saclay, qui conçoivent actuellement les 12 cavités accélératrices et les cryostats associés. Au-delà de la physique fondamentale, la supraconductivité intéresse également les recherches sur l’énergie de fusion, notamment via les aimants des tokamaks qui permettent de créer un champ magnétique pour confiner le plasma dans lequel ont lieu les réactions de fusion. Là encore, les équipes du CEA sont au premier rang : « Nous sommes à l’origine du concept de câble utilisé dans les aimants supraconducteurs d’Iter et nous fournissons un support technique important au « Groupe aimants » de ce projet international basé à Cadarache », raconte Jean-Luc Duchateau, ingénieur au CEA-IRFM. radioactifs, Spiral 2 2, conçu en collaboration par les équipes du CEA-Irfu et du CNRS-IN2P3, et actuellement en cours d’installation. Spiral 2 délivrera en effet des faisceaux d’ions radioactifs avec des intensités accrues et inédites jusqu’à présent. Il ouvrira ainsi un nouvel horizon pour les recherches sur les propriétés des noyaux et offrira à la communauté internationale (plus de 700 physiciens sont concernés) des possibilités nouvelles d’exploration de la structure nucléaire : observation des noyaux éloignés de la vallée de stabilité, formation de nouveaux noyaux très lourds, études des noyaux impliqués dans les processus astrophysiques… Relevant un véritable défi technologique pour concevoir ces faisceaux, Spiral 2 donnera ainsi à la France et à l’Europe une réelle avance scientifique. Il prépare également la réalisation du projet européen Eurisol qui permettra de produire des faisceaux d’ions radio - actifs avec des taux supérieurs d’au moins un facteur 100 par rapport à l’existant. Là encore, la supraconductivité sera de la partie et les équipes du CEA seront au premier rang. notes : 1. Grand accélérateur national d’ions lourds, situé à Caen, créé par le CEA et le CNRS. 2. Système de production d’ions radioactifs en ligne de 2 e génération. CEA
B. Levezy/CEA numéro 159 les d éfis du cea La supraconductivité est en outre indispensable à l’imagerie médicale, notamment l’imagerie par résonance magnétique (IRM) qui lui doit nombre de ses performances. L’IRM permet de voir les organes mous du corps en révélant leur concentration en eau. Il utilise pour cela un champ magnétique intense, stable et homogène – que seul permet un aimant supraconducteur – qui oriente les moments magnétiques des noyaux des atomes d’hydrogène présents dans les molécules d’eau. Actuellement, le CEA-Irfu conçoit le futur IRM de 11,7 teslas pour l’homme, avec Siemens, à Neuro - Spin au CEA/Saclay. La réalisation d’un aimant aussi puissant (le premier au monde), baptisé Iseult, consiste à assembler 45 tonnes de bobinage. « Le bobinage est réalisé à partir de plusieurs milliers de km de fils constitués d’un matériau supraconducteur en niobium-titane de l’ordre d’un millimètre de diamètre. Une fois refroidi et maintenu à très basse température (1,8 K soit - 271 °C) grâce à de l’hélium liquide, ce matériau permet de faire passer 400 fois plus de courant que dans les fils classiques en cuivre », explique Pierre Védrine, chef du projet Iseult. D’autres techniques d’imagerie, comme la magnétoencéphalographie (MEG) et la magnétocardiographie (MCG), reposent également sur la supraconductivité par l’utilisation de capteurs Magnétoencéphalographie//Technique d’imagerie permettant de mesurer l’activité neuronale en temps réel grâce à la détection des champs magnétiques des organes. Magnétocardiographie//Technique d’imagerie permettant de mesurer l’activité cardiaque en temps réel grâce à la détection des champs magnétiques des organes. « Le CEA est à l’origine du concept de câble utilisé dans les aimants supraconducteurs d’Iter et fournit un support technique au « Groupe aimants ». » Jean-Luc Duchateau, ingénieur au CEA-IRFM capables de détecter des champs magnétiques très faibles. Ces magnétomètres, appelés Squids, sont basés sur des boucles supraconductrices incluant une jonction avec une barrière isolante (jonction Josephson). Mais des chercheurs du CEA-Iramis innovent avec des capteurs mixtes couplant une boucle supraconductrice à haute température critique (haut-Tc) à une jonction à magnétorésistance géante (GMR) 1. Cela permet la détection ultime de champs 50 milliards de fois plus faibles que le champ magnétique terrestre ! Aujourd’hui, si les mécanismes des supraconducteurs conventionnels sont bien compris, ce n’est pas toujours le cas des matériaux haut-Tc. Les physiciens inventent différentes façons de mesurer leurs propriétés et des concepts innovants pour les décrire. Par exemple, au CEA/Saclay, le laboratoire Léon Brillouin utilise des faisceaux de neutrons produits dans le réacteur de recherche Orphée. Le neutron est en effet bien adapté à note : 1. La magnétorésistance géante a été découverte par Peter Grünberg et Albert Fert, ce qui leur a valu le prix Nobel de physique 2007. L’une des huit bobines formant l’aimant d’Atlas, en cours d’installation au Cern. Chaque bobine, dont la longueur totale des câbles supraconducteurs atteint 30 km, est refroidie à - 269 °C avec de l’hélium liquide. 9 » >



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