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Communiqués de presse

 

Paris, le 9 juillet 2003

 

De nouvelles cavités accélératrices pour de futurs accélérateurs linéaires de haute énergie

 

Pour la première fois en Europe, une équipe de l’Institut de Physique Nucléaire d’Orsay (CNRS/IN2P3(1)) a testé avec succès le prototype d’un nouvel élément d’accélération, une cavité supraconductrice dénommée “Spoke”. Les excellentes performances de cette cavité ouvrent la voie aux futurs accélérateurs linéaires de faisceaux intenses de protons de haute énergie (plusieurs millions de Watts) envisagés pour le pilotage des futurs réacteurs incinérateurs de déchets nucléaires, pour la production de faisceaux d’ions radioactifs ou de faisceaux intenses de neutrinos ou encore comme source de neutrons de spallation(2).

 

L’utilisation de la technologie supraconductrice pour les cavités accélératrices(3) présente de nombreux avantages : des coûts de fonctionnement limités grâce à des dissipations de puissance quasi négligeables, une faible activation(4) des structures du fait d’une ouverture plus grande des tubes et surtout une flexibilité et une fiabilité accrues grâce à une structure modulaire (une source de puissance par cavité). Devant de telles potentialités, l’Institut de physique nucléaire d’Orsay (IPNO) du CNRS/IN2P3 a démarré un programme de recherche devenant ainsi le précurseur européen en la matière. Ce choix est couronné de succès aujourd’hui.

À la base des performances de cette cavité se trouve un dispositif supraconducteur, fonctionnant à -270 °C, qui ne dissipe aucune puissance dans sa structure alors qu’il permet des accélérations équivalentes à 10 millions de volts par mètre. La cavité est construite en niobium massif, matériau qui devient supraconducteur à basse température. Elle a une forme particulière, élaborée par l’IPNO à l’aide de puissants logiciels de simulation, qui lui confère des propriétés mécaniques excellentes. Les plans de fabrication ont été confiés à la société Cerca (Romans, Isère) qui a réalisé un prototype de haute qualité. Les mesures des performances réelles de ce prototype ont été faites dans le cryodrome d’Orsay, une installation qui permet simultanément d’atteindre l’état supraconducteur et d’alimenter la cavité résonante avec une fréquence accélératrice de 352 MHz pour laquelle existent déjà des émetteurs haute fréquence performants.

Cette technologie supraconductrice était déjà opérationnelle pour un autre type de cavités dites elliptiques, récemment développées au sein d’une collaboration entre l’IPNO et le CEA pour l’accélération des sections haute énergie de l’accélérateur (au-delà de 100 MeV(5)), là où les particules accélérées atteignent une vitesse proche de celle de la lumière. Aujourd’hui, les cavités “Spoke” permettent d’étendre la supraconductivité aux sections dans lesquelles les particules sont accélérées très en dessous de la vitesse de la lumière (de 5 à 100 MeV), soit à l’ensemble de l’accélérateur. Cela permettra entre autre de réduire de moitié la puissance électrique nécessaire au fonctionnement de l’accélérateur et d’abaisser ainsi de façon spectaculaire les coûts d’exploitation associés tout en assurant une robustesse et une fiabilité d’exploitation très grandes, des qualités très intéressantes notamment dans le cadre de son utilisation pour l’incinération des déchets nucléaires.

Ces travaux expérimentaux sont d’une grande importance pour le projet européen PDS-XADS (24 partenaires dont le CNRS) financé dans le cadre du 5e PCRD afin de définir un démonstrateur européen d’incinération de déchets radioactifs. Au cours du 6ème PCRD, dont les demandes de financement font actuellement l’objet de discussion, il s’agira de finaliser le programme de Recherche et Développement afin d’être en mesure de lancer rapidement la construction de ce démonstrateur que la Belgique souhaite accueillir sous le nom de Myrrha.

 

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Cavité Spoke
© CNRS/IN2P3

 

(1) Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des particules
(2) Les neutrons de spallation sont les neutrons produits lors du bombardement d’une cible par un projectile ; ce bombardement induit en effet au cœur des noyaux de la cible des collisions multiples et en chaîne entre les nucléons qui provoquent l’éjection de certains d’entre eux
(3) Une cavité accélératrice est un résonateur électromagnétique borné par des parois conductrices ouvertes aux extrémités pour permettre le passage du faisceau de particules. Quand elle est soumise à une excitation radiofréquence, à une fréquence correspondant à l’un de ses modes de résonance, une onde stationnaire s’y établit, présentant un champ électrique axial confondu avec l’axe de propagation du faisceau et donc susceptible d’accélérer des particules chargées
(4) Un matériau est dit activé quand certains de ces noyaux ont été transformés en noyaux radioactifs sous l’effet d’un rayonnement
(5) 1 MeV = 1 million d’électrons-volts

 

Contact chercheur

  • Dominique Guillemaud-Mueller, Tél : 01 69 15 73 25

Contact communication

  • IN2P3 : Dominique Armand, Tél : 01 44 96 47 51

Contact presse

  • CNRS : Martine Hasler, Tél : 01 44 96 46 35
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