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ANDROMEDE

ANDROMEDE : Projet ANR-10-EQPX-23


Nano particules et molécules de haute vitesse : sonde sous vide ou à l’air des nano-domaines et nano-objets présents sur les surfaces.

collaboration Andromede

Andromède est principalement un nouvel instrument pour l’analyse par spectrométrie de masse de nano-domaines et nano-objets présents sur une surface. Ce projet correspond à la version la plus efficace actuellement de la spectrométrie de masse SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry). L’information moléculaire (masse et structure) sera obtenue à partir de l’impact de nanoparticules (NPs) par exemple Au4004+ jusqu’à Au10000n+, et aussi fullerènes C60n+ accélérées dans le domaine du MeV par une structure Van de Graaff de 1 à 4 MV. Ces projectiles permettent l’analyse des échantillons hydratés (ou non), soit sous vide soit à la pression atmosphérique. Le domaine de recherche concerne la nanotechnologie avec la préparation et l’analyse de surfaces nano-structurées ; la biologie et les études « in vitro » de cellules et de bactéries ; l’astrophysique et la simulation des interactions extraterrestres, avec des surfaces glacées et des argiles hydratées dans différents environnements gazeux ; et enfin le suivi de la catalyse induite autour de surfaces nano-structurées.

La production des ions est assurée par deux types de sources. Les agrégats et nanoparticules à partir de la technologie LMIS (Liquid Metal Ion Source). Cette source NAPIS (NAnoParticle Ion Source) a été fournie par Orsay Physics, qui est un partenaire industriel du projet et un leader dans le développement des sources de type LMIS et de la focalisation des ions dans le domaine nanométrique. Les ions moléculaires multichargés sont produits par une source ECR fournie par la société Pantechnik. Cette source permet la production d’ions atomiques légers (proton, hélium) de fortes intensités pour les expériences d’astrophysique nucléaire de basse énergie, mais aussi pour les analyses de type IBA (Ion Beam Analysis). Pour augmenter la charge des ions et en particulier des NPs, un couplage de la source LMIS et de l’ECR est en développement. Ce couplage sera installé dans une deuxième étape du projet.

L’instrument dispose de spectromètres de masse par temps de vol pour analyser les ions éjectés sous vide et à l’air avec dans ce cas une post-ionisation laser pour accroître l’efficacité de détection des espèces émises. Un des spectromètres de masse est associé à un microscope par émission d’électrons ou de protons qui permet de localiser les impacts dans le domaine sub-micrométrique.

Le développement de ce nouvel outil est effectué en collaboration avec plusieurs laboratoires de l’Université Paris Sud, partenaires du projet : l’Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d’Orsay, l’Institut de Génétique Moléculaire d’Orsay, l’Institut d’Astrophysique Spatiale d’Orsay et le Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie de Masse et un partenaire industriel : OrsayPhysics. Une collaboration internationale existe autour de ce projet avec le Centre for Chemical Characterization and Analysis du Texas A&M University.

L’ensemble des faisceaux est ouvert à la communauté des physiciens étudiant les solides irradiés qui auront ainsi la possibilité de poursuivre les expériences de modification de matériaux dans des conditions extrêmes obtenues avec les agrégats de hautes énergies, mais aussi des ions atomiques dans une large plage de masse.

La possibilité d’accélérer des ions atomiques de haute intensité avec la source ECR dans un domaine de basse énergie ouvre cet accélérateur au domaine de l’astrophysique nucléaire.

L’installation définitive d’Andromède est prévue dans le bâtiment 209 baptisé l’IGLOO qu’il partagera avec un deuxième lauréat des Equipex, ThomX, développé au sein du LAL, ce qui constituera une plateforme de l’Université Paris Sud et du CNRS dédiée à la pluridisciplinarité.

L’accélérateur

Après avoir été réceptionné avec succès en mars 2015 chez NEC (National Electrostatics Corporation) à Middelton (Wisconsin, USA), l’accélérateur a été livré à Orsay en juin. Il a été installé provisoirement dans le hall SuperAco en attendant la fin des travaux de l’IGLEX prévus en décembre 2016. Les tests de réception en juillet 2015 ont montré que le premier tube accélérateur avait été endommagé au cours du transport. Il a été remplacé en août 2015 et tout l’équipement a été monté et testé en septembre 2015 en incorporant l’aimant de déviation haute énergie et les lignes de faisceaux livrées. Tant que l’INB106 (Installation Nucléaire de Base) dont dépend SuperACo et les bâtiments de l’IGLEX n’était pas déclassé, il était interdit d’utiliser l’accélérateur, qui a été mis en attente. La procédure de déclassement a abouti le 2 décembre 2015 avec une parution au journal officiel le 8 décembre, permettant de réactiver Andromède et de lancer la procédure d’autorisation à l’ASN (Autorité de Sureté Nucléaire). La prise en main de l’accélérateur et les tests de longue durée pour le déverminage n’ont débuté qu’en janvier 2016 avec l’aide des personnes de chez NEC, revenues pour cette occasion. Les faisceaux de la source ECR ont bien été extraits de l’accélérateur et la tension de 3.9 MV a été atteinte sans difficulté. Après les essais de mises en service, la réception définitive de l’accélérateur a été réalisée le 19 juillet 2016.

Depuis septembre 2016, Andromede est équipé de ses 2 lignes de physiques. En effet le projet Stella de l’IPHC s’est installé sur la ligne à 90° pour les expériences d’astrophysique nucléaire.  Le dossier ASN a été déposé et Andromède à l’autorisation d’effectuer des tests depuis le 31 octobre 2016. La source ECR a délivré ses premiers faisceaux d’ions Carbone, de molécules CH, CH2, CH3, CH4, Néon, et Argon. La source NAPIS a délivré ses premiers faisceaux d’ions Germanium sur la ligne à 90°, et d’ions et agrégats d’Or sur la ligne à 1,29°. Ces ions ont été accélérés et analysés pour des énergies de 1 à 4 qMeV. Pour les faisceaux d’or, une taille inférieure à 500 microns a été obtenue avec des intensités de l’ordre du nano ampère. Pour les ions atomiques, les moléculaires légers, des faisceaux de plusieurs micro ampère ont été analysés. Leur taille étant de l’ordre de 2 mm de diamètre. Les 1ers tests avec l’expérience STELLA ont débuté début novembre 2016. Sur la ligne à 1,29° dédiée aux agrégats et nano particules, le spectromètre de masse EVE dédié à l’imagerie moléculaire est aussi prêt à fonctionner. Le 3eme équipement AGAT dédié à l’analyse de la fragmentation moléculaire dans l’espace va s’installer à partir de décembre pour être opérationnel en février 2017.

La figure présente l’installation, en novembre 2016, d’Andromède à Super Aco avec les 2 expériences STELLA au 1er plan et EVE derrière l’aimant à 1,29°.

L’Iglex

Le centre multidisciplinaire de technologie et des sciences appliquées baptisé projet IGLEX a débuté en 2013. La maîtrise d’œuvre a été notifiée à l’entreprise DAHER-de VIRIS le premier avril 2014. Après quelques retards liés au financement, la phase DCE du projet IGLEX avec le choix des entreprises a été finalisée par les notifications des 11 lots du projet le 18 décembre 2015. Le financement s’effectue dans le cadre du CPER Ile de France (Contrat Plan Etat Région) accordé pour le plan Vallée au cours du second trimestre 2015, et signé le 13 octobre 2015. Le maître d’ouvrage est le CNRS représenté par la délégation DR4. Le kickoff et la première réunion de chantier IGLEX ont eu lieu le 6 janvier 2016. La réception globale de tous les lots est prévue fin décembre 2016. La fin du gros œuvre, que constituent les deux casemates construites dans l’Igloo pour recevoir les deux EQUIPEX Andromède et ThomX, est programmée pour fin juin 2016. La photographie présente une vue de l’intérieur de l’Igloo avec la construction des murs d’Andromède.

Figure 2. Vue panoramique de l’intérieur de l’igloo fin avril 2106, les deux casemates en cours de réalisation avec le mur sud de ThomX débutant.


 

IPN

Institut de Physique Nucléaire Orsay - 15 rue Georges CLEMENCEAU - 91406 ORSAY (FRANCE)
UMR 8608 - CNRS/IN2P3

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