Le GEnérateur de NEutrons Pulsé Intense, GENEPI, est un accélérateur électrostatique d'ions deutérium (2H). Il délivre des impulsions courtes (~600 ns FWHM) très intenses (~50 mA crête) de deutons à 250 keV. Les deutons produisent des neutrons de 2,5 MeV par impact sur une cible imprégnée de deutérium ou des neutrons de 14 MeV sur une cible imprégnée de tritium (3H).
La source d'ions est un duoplasmatron pulsé qui ionise du deutérium moléculaire. La source est située dans une enceinte métallique, la tête haute tension, portée à + 250 kV. Après extraction via une série d'électrodes, le faisceau est accéléré dans un tube d'où il est extrait à 250 keV. Tout au long de la ligne de faisceau, des lentilles quadrupôlaires électrostatiques compensent les forces de charge d'espace du faisceau (répulsion coulombienne dans le faisceau) afin d'en maîtriser les dimensions transverses. Le faisceau est focalisé sur la cible. Un électro-aimant sélectionne les seuls ions D+. L'ensemble de la voie de faisceau est maintenu sous un vide poussé (~10-7 mbar) pour éviter les pertes et pour une bonne tenue des hautes tensions.
GENEPI1 (CEA-Cadarache, 2000-2004)
L'accélérateur GENEPI1 a été exploité sur le réacteur MASURCA (MAquette de SURgénératrice à CAdarache) dans le cadre du programme MUSE (MUltiplication d'une Source Externe), première expérience d'une installation dédiée à l'étude des réacteurs pilotés par accélérateurs dans le cadre du GDR GEDEPEON (Groupement De Recherche GEstion des DEchets pour la Production d'Energie par des Options Nouvelles). GENEPI1 accélère des deutons à 250 keV qui produisant des impulsions de neutrons par impact sur une cible deutérée ou tritiée située au coeur du réacteur expérimental MASURCA. L'accélérateur a été conçu, construit, qualifié, puis exploité au LPSC de 1996 à 1999. Après sa mise en place à Cadarache au premier semestre 2000, les autorités de sûreté ont autorisé une mise en service par étapes ainsi que les modifications de chargement du réacteur pour aboutir en Novembre 2001 au premier couplage avec le réacteur légèrement sous-critique et une cible deutérée (MUSE 4). A la suite du succès de ce premier couplage, le programme expérimental MUSE a été mené. L'équipe de Cadarache, après une période de formation, a assuré la charge de l'exploitation de l'accélérateur. La télésurveillance depuis le LPSC a permis le suivi de l'accélérateur et, à plusieurs reprises, le diagnostic d'incidents de fonctionnement, réduisant ainsi les intervention directes. L'exploitation de l'installation expérimentale s'est achevée en 2004.
Modulation de fréquence
L'intensité du faisceau et donc la production de neutrons peuvent être contrôlées en modifiant les paramètres de la source, mais la méthode privilégiée est le contrôle de la fréquence des impulsions qui conserve leur forme. Pour les études sur les neutrons retardés du réacteur, la fréquence doit varier entre deux valeurs extrêmes (typiquement 300 Hz et 4 kHz). Ceci est fait via une entrée de modulation sur le tiroir de commande. Alors que la décroissance de la fréquence est sans contrainte, le tiroir en limite la montée qui doit se faire avec des temps de doublement plus longs que celui des neutrons dans le réacteur pour éviter la chute des barres de sécurité. De plus, la pente de montée du courant moyen sur cible (dérivée logarithmique) est surveillée ; une sécurité agit préventivement en remettant la fréquence à sa valeur minimum en cas de fausse manoeuvre ou, à la suite de claquages, lors de remontées rapides du courant de faisceau.
C. Destouches et al. NIM A, vol 562, issue 2, pp 601-609 (2006)," The GENEPI accelerator operation feedback at the MASURCA reactor facility".
GENEPI2 (LPSC, depuis 2004)
La construction d'un deuxième accélérateur GENEPI2 destiné à des expériences au LPSC dans le cadre de la Plateforme d'Etudes et de Recherche sur l'Energie Nucléaire PEREN, a été décidée en Novembre 2001. La structure de cette machine est quasiment identique à celle de GENEPI1 car GENEPI2 répond à un cahier des charges similaire pour les caractéristiques générales du faisceau. La différence provient du fait que cet accélérateur est équipé de spectromètres ralentisseurs permettant l'analyse de l'énergie des neutrons produits. Selon les besoins des expériences, la cible de production de neutrons peut être entourée d'un massif ralentisseur léger de graphite ou de Téflon (1er point de focalisation, ligne courte) ou d'un massif ralentisseur de plomb (2nd point de focalisation, ligne longue). La majeure partie des études a eu lieu en 2002 parallèlement aux premiers lancements en fabrication. Le premier montage du duoplasmatron a été suivi par les premiers tests début 2003. Le premier faisceau à 200 keV à la sortie du tube accélérateur a été obtenu en mars et sur la cible en position finale en septembre. Les massifs de graphite et de plomb ont été mis en place et les premières expériences avec une cible deutérée ont débuté début 2004.
Optique de transport
L'optique de transport de GENEPI 1 a été recalculée pour amener le faisceau aux deux points cibles prévus. Après l'aimant de déviation, la première focalisation à l'emplacement des massifs "légers" est assurée par les deux quadrupôles Q3 et Q4 suivis par un simple tube introduit dans ce massif et terminé par la cible. Pour aboutir au coeur du massif de plomb cet ensemble est remplacé par un tube puis deux nouveaux quadrupôles Q5 et Q6. Dans chaque cas, le dernier quadrupôle est situé à 1 m environ de la cible. Des séries de mesure de profils et d'émittances ont été réalisées aux deux emplacements des cibles et à des points intermédiaires : sortie du tube accélérateur et sortie de l'aimant pour optimiser le guidage de faisceau.
Mécanique
GENEPI2 est installé dans l'alvéole A de l'ancien cyclotron. Il réutilise la même tête haute tension ainsi que la poutre en granit support de la voie de faisceau. Deux potences de 1 tonne et 500 kg permettent la manutention des éléments de l'accélérateur et des blocs légers. Des chariots permettent de mettre en place l'empilement des plaques de téflon ou les deux cylindres du massif de graphite. Le massif de plomb est constitué de blocs de 8 tonnes chacun qui peuvent être manipulés avec le pont roulant du bâtiment (toit de la casemate ouvert).
GENEPI-3C (SCK-CEN, Belgique, depuis 2009)
Dans la continuité des études des réacteurs nucléaires pilotés par accélérateur, le LPSC a développé un troisième accélérateur pour le projet GUINEVERE au SCK-CEN de Mol en Belgique. Ce projet exploite le pilotage du réacteur belge VENUS-F par la machine GENEPI-3C. Ce nouvel accélérateur est plus complexe que les 2 premières machines car il doit répondre à un cahier des charges plus contraignant pour assurer le programme expérimental de GUINEVERE. D'une part, en plus du fonctionnement pulsé intense, la source doit produire un faisceau continu dans lequel des interruptions rapides doivent être pilotées. D'autre part, la ligne de faisceau doit être insérée verticalement dans le coeur du réacteur VENUS-F (horizontalement pour GENEPI1).
