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Nouvelles scientifiques

 

Paris, le 12 avril 2010

 

Agata, un spectromètre révolutionnaire pour étudier les états extrêmes de la matière nucléaire

 

Le démonstrateur d’Agata(1), un spectromètre gamma de nouvelle génération qui permettra de percer les mystères de la structure nucléaire, a été inauguré le 9 avril 2010 au Laboratoire national de Legnaro – LNL (INFN)(2) en Italie. Le CNRS/IN2P3 et le CEA sont fortement impliqués dans la construction d’Agata dont la technologie et les performances seront sans précédent : la sensibilité de détection de ce spectromètre, beaucoup plus élevée que dans les appareillages actuels, ouvrira des perspectives nouvelles pour les expériences d’étude des noyaux exotiques utilisant des faisceaux d’ions radioactifs ou encore dans le domaine de l’imagerie médicale.

 

Les noyaux atomiques constituent la majorité de la matière visible dans l’Univers. L’étude de leur structure est alors fondamentale pour la compréhension des différentes forces coexistant dans la nature et de la formation des éléments chimiques.
L’objectif d’Agata est d’étudier le comportement des noyaux dans des états extrêmes et la structure des noyaux dits "exotiques" : des noyaux très instables et dans lesquels les proportions de neutrons et de protons sont très différentes de celles des noyaux stables. En détectant les rayons gamma émis lors des désintégrations de ces noyaux, Agata fournira ainsi de précieuses informations sur la structure des noyaux très exotiques qui sont dans des états extrêmes de charge, tels que les noyaux super-lourds, ou en déformation, tels que les noyaux hyper-déformés.

Agata représente le plus grand défi technologique de ces 30 dernières années en termes de spectroscopie nucléaire. En effet, il s’agit d’un spectromètre "4π", autrement dit un détecteur capable de reconstruire la trajectoire des rayons gamma produits dans les réactions nucléaires quelle que soit la direction dans laquelle ils sont émis. Uniquement constitué de germanium (Ge), contrairement aux spectromètres actuels (Exogam, Jurogam, Clara, Rising en Europe et Gammasphère aux États-Unis), il permettra une augmentation de la sensibilité de détection de deux à trois ordres de grandeur.
Le démonstrateur, qui correspond à environ 10% d’Agata(3), appartient ainsi à une nouvelle génération de détecteurs gamma au niveau de performance inégalé. Après une série de tests en conditions expérimentales au LNL puis une campagne de mesures, le démonstrateur sera exploité à GSI(4) en Allemagne (2011/12) puis au Ganil(5) en France (2013/14).

Agata permettra d’adopter une nouvelle approche dans l’étude de la structure des noyaux. Adapté à des conditions expérimentales extrêmes, ce spectromètre a vocation à être utilisé dans les expériences futures d’étude des noyaux exotiques utilisant des faisceaux d’ions radioactifs, en particulier auprès des nouvelles installations européennes (à partir de 2015) telles que Spiral2, Fair et Eurisol.

Diverses applications aux techniques développées pour Agata sont envisagées, notamment la réalisation de caméras gamma constituées de cristaux semi-conducteurs multi-segmentés pour l’imagerie médicale. Il sera possible d’obtenir une résolution beaucoup plus élevée des images produites avec les techniques de tomographie par émission de positons (TEP) et d’imagerie Spect (Single photon emission computed tomography) utilisées pour les tests diagnostiques.

La collaboration Agata est européenne. Elle regroupe 13 pays et 45 laboratoires dont 7 français. Six pays financent plus particulièrement le projet : l’Allemagne, l’Italie, la France, le Royaume Uni, la Suède et la Turquie. Le CNRS/IN2P3 et le CEA contribuent au développement des détecteurs (Ganil, Irfu/CEA(6), CSNSM(7)), de l’électronique (IPHC(8), CSNSM, IPNO(9)) et des codes d’analyse (IPNL(10)).

 

Vue artistique du démonstrateur d’Agata constitué de 5 triplets de détecteurs Ge hyper-pur. Copyright : Collaboration Agata

 

(1) Advanced gamma tracking array
(2) Istituto nazionale di fisica nucleare
(3) Agata sera composé de 180 détecteurs Ge asymétriques arrangés en 60 triplets. Le démonstrateur quant à lui contient 5 triplets.
(4) Gesellschaft für Schwerionenforschung
(5) Grand accélérateur national d’ions lourds (CNRS/CEA) situé à Caen.
(6) Institut de recherches sur les lois fondamentales de l'Univers du CEA
(7) Centre de spectrométrie nucléaire et de spectrométrie de masse – CSNSM (CNRS / Université Paris Sud)
(8) Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (CNRS/Université de Strasbourg 1)
(9) Institut de physique nucléaire d’Orsay – IPNO (CNRS/Université Paris 11)
(10) Institut de physique nucléaire de Lyon – IPNL (CNRS/ l'Université Claude Bernard)

 

Pour en savoir plus

Contact chercheur

  • Faiçal Azaiez, Tél : 01 69 15 71 05
  • Gilbert Duchêne, Tél : 03 88 10 66 12
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