Reflets de la Physique n°59 sep/oct/nov 2018
Reflets de la Physique n°59 sep/oct/nov 2018
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°59 de sep/oct/nov 2018

  • Périodicité : bimestriel

  • Editeur : Société Française de Physique

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 48

  • Taille du fichier PDF : 6 Mo

  • Dans ce numéro : des gouttes qui s'éclatent.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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 » > quant à elle de produire des neutrons avec un spectre quasi monoénergétique. Dans ce cas, l’aimant en aval du convertisseur dévie vers un arrêt de faisceau les protons n’ayant pas interagi avec celui-ci. La salle de temps de vol recevra des dispositifs permettant de réaliser des expériences avec une très bonne résolution en énergie (de l’ordre de 1% pour des neutrons de 40 MeV). La cible, placée dans le faisceau de neutrons, sera entourée de détecteurs permettant d’observer les particules et rayonnements générés au cours de la réaction. Un soin particulier a été apporté à la conception de cette salle, afin de minimiser les sources de bruit de fond (neutrons et photons gamma). Les flux élevés et la possibilité d’utiliser des cibles d’actinides (famille d’atomes dont les noyaux comptent entre 89 et 103 protons, et dont fait partie l’uranium) rendront possibles certaines expériences jusqu’alors irréalisables dans des temps raisonnables. L’installation sera également utilisée pour irradier des composants électroniques ou des cellules biologiques. La salle S 3  : produire et étudier les éléments superlourds 16 Reflets de la Physique n°59 Faisceau H + (33 MeV) ou D + (40 MeV) Un des défis actuels de la physique nucléaire est de produire de nouveaux noyaux situés au-delà des limites connues et d’étudier leurs propriétés. Dans cette optique, la synthèse de nouveaux éléments dits superlourds, avec un nombre de protons toujours plus élevé (Z = 114, 115, 116, 117, 118), est motivée par la prédiction de l’existence d’un îlot de stabilité (en haut et à droite de la figure 1) pour des noyaux de masse extrême [4], îlot dont les limites et les dimensions sont aujourd’hui incertaines. L’existence de ces noyaux superlourds, en principe compromise par l’intense répulsion coulombienne entre protons, s’explique par l’organisation en couches des nucléons. Cette structure en couches, fournissant une stabilité fortement accrue, est observée sur des noyaux plus légers possédant des nombres dits « magiques » de nucléons (8, 28, 50, 82). Le nombre magique suivant est 126 pour les neutrons (ce qui a été vérifié expérimentalement) ; mais sa valeur est incertaine pour les protons, car les modèles théoriques actuels le placent à 114, 120 ou 126 selon les hypothèses utilisées. Les noyaux superlourds doivent donc être produits en laboratoire, afin de vérifier la position de cet îlot de stabilité et d’observer leurs propriétés. Cet îlot serait donc un excellent « laboratoire » pour étudier le comportement de la structure nucléaire aux limites de nos connaissances. Des résultats préliminaires montrent que pour les noyaux de cette région, les homologies physico-chimiques qui donnent sa cohérence à la table de Mendeleïev pourraient disparaître, ou être décalées. Cela apporterait des informations importantes pour notre compréhension des lois physiques et chimiques des systèmes atomiques. Cible rotative Faisceau Cible tournante (convertisseur) Émission des neutrons Dipôle magnétique de déviation Ions déviés vers l’arrêt de faisceau Salle de production du faisceau de neutrons (Salle du convertisseur) Collimateur Blindage entre salles Triplets Supraconducteurs Ligne achromatique en quantité de mouvement Point achromatique Le spectromètre S 3 a été développé afin d’utiliser des faisceaux d’ions de très haute intensité du LINAC pour produire et sélectionner ces noyaux très exotiques. Ses deux étages optiques, constitués de dipôles magnétiques et électriques (fig. 6), assurent la réjection du faisceau incident et la sélection en masse des noyaux transmis. S 3 est dit de nouvelle génération, car il utilise la technologie supraconductrice pour les éléments de transport du faisceau. La production des noyaux est assurée par l’envoi d’un faisceau d’ions lourds sur une cible rotative pouvant supporter les faisceaux de très haute puissance, et constituée de Séparateur de masse Détecteurs Vers DESIR 6. Le Super Séparateur Spectromètre S 3. Les détecteurs SIRIUS et REGLIS seront installés dans le plan focal du spectromètre (« Détecteurs »). L’expérience FISIC prendra place au point achromatique intermédiaire. Le dispositif REGLIS fournira aussi des faisceaux d’ions à la plate-forme DESIR (voir p.17). Cible Faisceau de neutrons Salle d’expériences (Salle de temps de vol) Détecteurs 5. Principe du dispositif NFS de production des faisceaux de neutrons. Le spectre en énergie des neutrons dépend de la nature et de l’épaisseur du convertisseur. Un faisceau mono-énergétique requiert un convertisseur mince. Dans ce cas, les ions incidents traversent le convertisseur, puis sont déviés à l’aide d’un dipôle magnétique. Les neutrons émis dans l’axe du faisceau d’ions incident poursuivent leur course à travers un collimateur qui, associé au blindage entre salles, contribue à la réduction du bruit de fond dans la salle d’expérience où sont réalisées les mesures.
matériaux radioactifs (actinides) pour les expériences spécifiques d’étude et de synthèse d’éléments superlourds. Au plan focal de S 3, deux expériences sont prévues pour étudier les propriétés nucléaires et atomiques de ces éléments  : SIRIUS et REGLIS3. SIRIUS est un instrument de spectroscopie à haute résolution, qui utilisera les émissions radioactives (particules alpha, rayons gamma etX...) des noyaux superlourds produits et sélectionnés dans S 3 pour les identifier et découvrir l’organisation spécifique de leurs nucléons. REGLIS utilise la capacité de certains lasers à ioniser sélectivement les atomes pour identifier et obtenir des informations sur la taille de leur noyau et l’organisation de leurs nucléons. Cette même installation produira aussi, par ionisation laser, les faisceaux d’ions qui seront transmis à l’installation DESIR (voir ci-dessous). En physique atomique, les modifications transitoires du cortège électronique d’ions traversant la matière sont la clé de voûte de la compréhension de l’endommagement des matériaux soumis à une irradiation et des transferts d’énergie dans les plasmas. Aujourd’hui, ces effets sont mal connus aux énergies cinétiques où ces ions lourds rapides déposent le maximum de leur énergie. L’investigation des collisions ionion n’en est qu’à ses balbutiements, alors que ces interactions sont parmi les phénomènes les plus répandus dans l’Univers et constituent l’un des verrous pour la compréhension de la fusion inertielle ou pour la caractérisation des plasmas stellaires et interstellaires. Le programme d’expériences du projet FISIC («Fast Ion-Slow Ion Collision»), qui sera implanté dans la salle S 3, a pour ambition de distinguer clairement la contribution des différents processus électroniques conduisant à un changement de la charge des ions, incluant une détermination des effets de corrélations entre électrons du cortège atomique. Dans un premier temps, l’étude portera sur un système à trois corps, consistant en un ion possédant un seul électron et un autre ion complètement épluché de ses électrons. Cet ensemble simple permettra un test drastique des théories existantes. Au-delà, le rôle d’électrons additionnels – ajoutés un par un – sera exploré pour une très grande variété de systèmes. En maitrisant l’état électronique des deux partenaires de la collision, l’ensemble des expériences fournira des données inédites sur la dynamique quantique des systèmes à N-corps. BESTIOL LUMIERE DETRAP Le projet S 3 dans son ensemble est porté par le GANIL et une collaboration de laboratoires français. Il a reçu le soutien de la région (Basse-)Normandie (CPER) et a été sélectionné dans le cadre du premier appel à projet EQUIPEX (ANR-10- EQPX-46-01). La plate-forme DESIR  : percer les secrets des noyaux exotiques L’installation DESIR [5, 6] (Désintégration, Excitation et Stockage d’Ions Radioactifs) est une plate-forme expérimentale qui mettra à la disposition des chercheurs des faisceaux d’ions radioactifs uniques et des instruments de mesure de grande efficacité et de haute précision. Le programme des recherches qui seront menées auprès de DESIR porte sur  : l’évolution de la structure et de la forme du noyau atomique en fonction de son nombre de protons et de neutrons, les interactions fondamentales agissant au cœur du noyau, les modes rares de radioactivité, les processus de synthèse des éléments chimiques dans les étoiles. Avancées de la recherche 7. Aperçu de la plate-forme expérimentale DESIR. Une arête centrale délivre à un ensemble de dispositifs expérimentaux regroupés en trois sous-ensembles, DETRAP (en rouge), LUMIERE (en jaune) et BESTIOL (en violet), les faisceaux d’ions radioactifs issus de différents sites de production du GANIL. À la grande variété et à la pureté des faisceaux d’ions disponibles s’ajoutent la diversité et la complémentarité des outils de mesures qui seront mis en œuvre pour percer les secrets des noyaux exotiques. L’installation DESIR sera alimentée en faisceaux d’ions radioactifs de basse énergie (moins de 60 keV) issus de trois sites distincts de production d’ions  : l’installation SPIRAL1 du GANIL actuel, dans laquelle les ions radioactifs sont produits par fragmentation de noyaux stables par la méthode ISOL ; l’installation S 3 couplée au LINAC de SPIRAL2, où les noyaux seront produits dans des réactions de fusion nucléaire ; et, à terme, l’installation de la phase 2 de SPIRAL2 (fig. 2). Cette complémentarité des modes de production sera renforcée par l’utilisation sur SPIRAL1 et sur la phase 2 de SPIRAL2 de différents types de sources d’ions adaptées aux propriétés chimiques des éléments à ioniser. Le dispositif innovant REGLIS installé sur S 3 et décrit plus haut permettra, au moyen de lasers et d’un dispositif de séparation des ions par temps de vol, de sélectionner les ions produits suivant le nombre de protons (Z) et de nucléons (A) que comptent leurs noyaux. Enfin, tous les faisceaux délivrés à l’installation DESIR pourront être séparés efficacement en masse au moyen d’un séparateur de haute résolution. » > Reflets de la Physique n°59 17



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