Motivation

Les accélérateurs de particules sérieusement envisagés pour la décennie à venir sont relativement nombreux par rapport à la décennie précédente, et visent des performances sans précédents en termes d’intensité, de stabilité et de fiabilité. Parmi eux, les projets d’accélérateurs linéaires (linacs) capables de produire des faisceaux de hadrons de forte puissance (jusqu’à plusieurs MégaWatts) ressortent clairement par leur nombre et leur degré d’avancement.

Ces projets de linacs ont le vent en poupe notamment car ils bénéficient à la fois d’une synergie technologique (beaucoup de composants sont très similaires d’une machine à l’autre), mais aussi d’une réelle synergie scientifique. Ils sont en effet requis non seulement pour l’upgrade de complexes accélérateurs comme le CERN, mais aussi pour produire, le plus souvent par spallation, des flux intenses de particules secondaires intéressant de très nombreux domaines des sciences fondamentales ou appliquées :

• ions radioactifs pour la physique nucléaire,
  
• neutrons pour la physique de la matière condensée, pour l’étude de matériaux ou pour la transmutation des déchets nucléaires à vie longue.
  
• muons, neutrinos... pour la physique des particules.
  

enjeux principaux et projets

Ces faisceaux de hadrons de forte puissance ont généralement les caractéristiques suivantes : énergie de l’ordre du GeV, fort courant crête et haut cycle utile (parfois 100%). Longtemps trop difficiles à produire, ces faisceaux sont récemment devenus envisageables grâce au développement de la technologie des cavités supraconductrices RF, qui présentent les avantages décififs suivants :

• très faibles dissipations RF pour une efficacité énergétique optimale et des coûts associés raisonnables,
  
• possibilité d’opérer jusqu’à des cycles utiles très élevés (jusqu’à 100%) tout en conservant des gradients accélérateurs élevés,
  
• fort potentiel de fiabilité (technologie froide), de flexibilité (vaste gamme de réglages possibles) et de sécurité (larges ouvertures faisceau).
  

Pour pouvoir conduire et utiliser ces faisceaux de plusieurs MW en toute sécurité en sans trop activer les structures, ces machines nécessitent d’assurer une excellente transmission pour pouvoir être opérationnelles, ce qui implique un très faible taux de pertes faisceau, inférieur à 10^-6 typiquement. Les challenges associés à cet objectif sont très nombreux et complexes et nécessitent de forts investissements en termes de R&D : gestion de la charge d’espace du faisceau, notamment aux basses énergies, et minimisation du halo généré lors du transport ; conception de cavités permettant d’accélérer la forte charge faisceau dans de bonnes conditions, notamment en régime continu ; conception de diagnostics faisceau de nouvelle génération ; conception et gestion des éléments RF de forte puissance associés ; conception de cibles capables de supporter les MW produits ; etc..

Les projets de telles machines sont relativement nombreux actuellement, comme l’illustre le diagramme ci-contre. La Division Accélérateurs est très fortement impliquée en tant que partenaire majeur dans les projets suivants :

• SPIRAL-2 (Caen, France) - "Système de Production d’Ions Radioactifs en Ligne de 2^ème génération",
  
• ESS (Lund, Suède) - "European Spallation Source",
  
• MYRRHA (Mol, Belgique) - "Multi-purpose hYbrid Research Reactor for High-tech Applications",
  
• mais aussi dans les projets IPHI, SPL ou EURISOL.
  

(Cliquez sur les logos des projets pour accéder à leur description détaillée)

Quelques publications IPNO associées...

High Power Proton/Deuteron Accelerators, Proc. SRF 2013

High power hadron accelerators : applications in support of nuclear energy, Proc. ICENES 2011

High power CW superconducting liancs for EURISOL and XADS, Proc. LINAC 2004

High intensity proton SC linac using spoke cavities, Proc. EPAC 2002

Contacts : Jean-Luc BIARROTTE, Sébastien BOUSSON