Le projet SPIRAL2 (Système de Production d'Ions RadioActifs en Ligne) a pour but l'étude de la structure des noyaux riches ou déficients en neutrons, donc loin de la vallée de stabilité, par la méthode ISOL (Isotope Separation On-Line). La méthode de production choisie repose sur la fission induite soit par des neutrons rapides issus d'un convertisseur en carbone sur une cible de carbure d'uranium, soit par un bombardement direct du matériau fissile. De plus, l'accélération des faisceaux d'ions lourds à haute intensité permettra de conduire des expériences de fusion-évaporation. SPIRAL 2 veut élargir l'étude déjà réalisé au Grand Accélérateur National d'Ions Lourds (GANIL) grâce à SPIRAL 1, a un domaine beaucoup plus vaste d'ions radioactifs et avec des intensités bien plus grandes.

SPIRAL2 a été conçu pour produire des faisceaux de deutons de 5 mA à 40 MeV ou des faisceaux d'ions lourds de 1 mA à environ 15 MeV par nucléon. Les faisceaux ainsi accélérés sont conduits sur différents types de cibles, en fonction des besoins des utilisateurs. L'accélérateur est de type linéaire fonctionnant en continu (mode « Continuous Wave » ou CW) ou en pulsé. Il est constitué par deux sources ECR (Electron Cyclotron Resonance), une section accélératrice en cuivre (Radio Frequency Quadrupole ou RFQ), un Linac Supraconducteur et des lignes de transport de faisceau. La partie Linac est constituée des 26 cavités accélératrices supraconductrices chacune couplée à un coupleur RF de puissance. Notre groupe est responsable de ces coupleurs RF de puissance.

Les coupleurs ont pour but de transférer la puissance des amplificateurs (88.05 MHz pour SPIRAL 2) aux cavités accélératrices. Ce transfert de puissance peut atteindre 14 kW en continu (CW) et par coupleur, ce qui correspond alors au courant maximum prévu sur SPIRAL2 (5 mA deuterons), et compte tenu du gain d'énergie requis par cavité (6.5 mV/m gap de 0.41 m). Les coupleurs assurent, par une fenêtre en céramique, l'étanchéité entre le vide de l'accélérateur (vide secondaire) et l'atmosphère. De plus, la puissance Joule dissipée doit être soigneusement étudiée pour éviter toute surcharge thermique aux cavités. Le coupleur assume donc un rôle de transition radiofréquence, vide et thermique.

Des études théoriques (radiofréquence 3D, thermiques et mécaniques) ont été menées et deux géométries ont été considérées : une géométrie avec une céramique cylindrique et une avec une céramique annulaire (dite « disque ») en coopération avec le Service d'Etudes et Réalisations Mécaniques (SERM). Deux prototypes, un pour chacune de ces géométries, ont été construits, contrôlés, testés et conditionnés en radiofréquence. Les tests réalisés ont servi à mesurer les paramètres RF (transmission et réflexion de puissance), vérifier la tenue en tension et courant du coupleur jusqu'à 40 kW CW. Le conditionnement RF a servi à diminuer l'effet du multipactor (émission électronique) à des courants non nocifs pour le coupleur. Les résultats de ces deux coupleurs ont été similaires, enfin, le coupleur avec la céramique disque a été retenu pour sa facilité à l'introduction des diagnostics (vide et détection du multipacteur). Le conditionnement des coupleurs a été automatisé par le Service Electronique et Service Informatique du laboratoire. Des locaux ont été mis en place et équipés (achat d'un amplificateur 40 kW et d'un circulateur). Un local propre de nettoyage et de conditionnement RF sous flux laminaire a été réalisé, la propreté étant un paramètre essentiel pour l’ obtention de champs accélérateurs élevés. Le protocole de préparation a été étudié afin d'obtenir un état de surface et de propreté optimal des coupleurs avant leur montage dans les cavités supraconductrices.

 Le conditionnement de la série des 28 coupleurs (incluant les coupleurs de rechange) est en cours d'achèvement (juin 2014).