{"id":273,"date":"2024-03-21T08:53:03","date_gmt":"2024-03-21T07:53:03","guid":{"rendered":"https:\/\/lpsc-wordpress.in2p3.fr\/?page_id=273"},"modified":"2026-04-24T13:46:28","modified_gmt":"2026-04-24T11:46:28","slug":"atlas-copy-6","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/lpsc-wordpress.in2p3.fr\/?page_id=273","title":{"rendered":"Acc\u00e9l\u00e9rateurs et Sources d’Ions"},"content":{"rendered":"\n
\n\t\t\t\t\"\u00a9\n\t<\/figure>\n

\n\t\t\tAcc\u00e9l\u00e9rateurs et Sources d’Ions\t<\/h2>\n\t

Le P\u00f4le Acc\u00e9l\u00e9rateurs et Sources d’Ions du LPSC a pour mission de concevoir, r\u00e9aliser et exploiter des acc\u00e9l\u00e9rateurs, ou certains de leurs sous-syst\u00e8mes, pour les programmes de physique et pour des applications industrielles. Il est \u00e9galement sp\u00e9cialis\u00e9 dans le domaine de la R&D sur les sources d’ions \u00e0 la r\u00e9sonance cyclotronique \u00e9lectronique (RCE) avec une gamme d’applications tr\u00e8s vari\u00e9es : sources d’ions lourds multicharg\u00e9s, sources d’amplification d’\u00e9tat de charge (ou boosters de charge), sources \u00e0 tr\u00e8s haute fr\u00e9quence. Il exploite \u00e9galement la plateforme de neutrons rapides GENESIS<\/a>.<\/p>\n\t\t\t\tPr\u00e9sentation\n\t\t\t\tActivit\u00e9s scientifiques\n\t\t\t\tMembres de l’\u00e9quipe\n\t\t\t\tListe des th\u00e8ses\n\t\t\t\tPublications\n\t\t\t\t\t\t\tPr\u00e9sentation\n\t\t\t\t

Pr\u00e9sentation<\/strong><\/h2>\n

Les activit\u00e9s du P\u00f4le Acc\u00e9l\u00e9rateurs et Sources d’Ions concernent la physique des acc\u00e9l\u00e9rateurs et ses technologies associ\u00e9es : dynamique de faisceau, radiofr\u00e9quence, diagnostics, magn\u00e9tisme, vide ainsi que les sources d’ions \u00e0 la r\u00e9sonance cyclotronique \u00e9lectronique (RCE) pour la production d’ions multicharg\u00e9s et la multi-ionisation des faisceaux.<\/p>\n

Elles s’adressent \u00e0 un large spectre des th\u00e9matiques de recherche du laboratoire : physique nucl\u00e9aire (production de faisceaux d’ions stables ou radioactifs) et des particules (\u00e9tudes des collisionneurs), ainsi que physique des r\u00e9acteurs (r\u00e9acteur pilot\u00e9 par acc\u00e9l\u00e9rateur, ou ADS).<\/p>\n

Le P\u00f4le contribue \u00e0 plusieurs programmes majeurs d’acc\u00e9l\u00e9rateurs et de sources d’ions comme SPIRAL2 (Syst\u00e8me de Production d’Ions RAdioactifs en Ligne de 2i\u00e8me g\u00e9n\u00e9ration) et NEWGAIN (NEW GAnil INgector) au GANIL, SPATIAL (Syst\u00e8me Pilot\u00e9 par Acc\u00e9l\u00e9rateur pour la Transmutation et la r\u00e9ductIon des stockAges g\u00e9oLogiques) sur la maquette d’ADS GUINEVERE (Generator of Uninterrupted Intense NEutrons at the lead VEnus Reactor) au SCK-CEN, ou encore PERLE (Powerful ERL for Experiments) \u00e0 l’IJCLab et FCC (Future Circular Collider) au CERN. \u00c0 travers ces collaborations, plusieurs axes d’\u00e9tude et de recherche amont ont r\u00e9cemment \u00e9t\u00e9 initi\u00e9s comme la simulation du plasma dans une source RCE, la compr\u00e9hension de ph\u00e9nom\u00e8nes sp\u00e9cifiques des structures radiofr\u00e9quences (RF) sous vide comme le multipactor ou encore l’\u00e9tude de compensation de pannes dans les linacs.<\/p>\n

Pour ses d\u00e9veloppements exp\u00e9rimentaux, le P\u00f4le s’appuie sur les comp\u00e9tences des services techniques du LPSC et b\u00e9n\u00e9ficie de financements notamment de l’ANR (EQUIPEX+).<\/p>\n

Historique<\/strong><\/h2>\n

Le P\u00f4le Acc\u00e9l\u00e9rateurs et Sources d’Ions est n\u00e9 de la fusion du service acc\u00e9l\u00e9rateurs et du service sources d’ions du LPSC apr\u00e8s la fermeture du cyclotron SARA (Syst\u00e8me Acc\u00e9l\u00e9rateur Rh\u00f4ne-Alpes) au d\u00e9but des ann\u00e9es 2000.<\/p>\n

Depuis sa cr\u00e9ation, le p\u00f4le travaille dans la th\u00e9matique des acc\u00e9l\u00e9rateurs \u00e9lectrostatiques pour la production de neutrons avec les machines de type GEn\u00e9rateur de NEutrons Puls\u00e9 Intense (GENEPI). L’acc\u00e9l\u00e9rateur GENEPI1, apr\u00e8s un couplage r\u00e9ussi avec le r\u00e9acteur MASURCA (MAquette de SURg\u00e9n\u00e9ratrice \u00e0 CAdarache) et son exploitation, a \u00e9t\u00e9 retir\u00e9 de Cadarache. GENEPI2 est toujours en fonctionnement au LPSC. Initialement con\u00e7u pour la Plateforme d’Etude et de Recherche sur l’Energie Nucl\u00e9aire (PEREN), il est aujourd’hui exploit\u00e9 pour la plateforme d’irradiation GENESIS (GEnerator of Neutrons for Sciences and IrradiationS). La derni\u00e8re machine, GENEPI-3C, a \u00e9t\u00e9 construite et exploit\u00e9e dans le cadre du projet GUINEVERE pour le pilotage d’un r\u00e9acteur nucl\u00e9aire au SCK-CEN en Belgique. Aujourd’hui, elle subit une modification majeure avec le remplacement de la source d’ions puls\u00e9e par une source \u00e0 la R\u00e9sonance Cyclotronique Electronique (RCE) dans le cadre du projet SPATIAL.<\/p>\n

Le d\u00e9veloppement des sources d’ions RCE pour les acc\u00e9l\u00e9rateurs fait partie des principales activit\u00e9s du p\u00f4le. Ce type de sources d’ions a \u00e9t\u00e9 invent\u00e9 au CEA-Grenoble, par Richard Geller, dans les ann\u00e9es 70. Initialement, ces sources souvent capables de produire des faisceaux intenses d’ions lourds multicharg\u00e9s, ont permis un renouveau de la physique de l’\u00e9tude du noyau atomique (physique nucl\u00e9aire). De nos jours, elles trouvent des applications de plus en plus nombreuses, telles que les acc\u00e9l\u00e9rateurs pour la hadronth\u00e9rapie permettant de d\u00e9truire certains types de tumeurs radio-r\u00e9sistantes \u00e0 l’aide de faisceaux d’ions de carbone de haute \u00e9nergie, ou des applications totalement industrielles que ce soit pour le traitement des mat\u00e9riaux ou les d\u00e9p\u00f4ts de couches minces.<\/p>\n

Le p\u00f4le a particip\u00e9 \u00e0 plusieurs projets d’acc\u00e9l\u00e9rateurs pour la recherche nucl\u00e9aire et la physique des r\u00e9acteurs (SPIRAL2 au GANIL, MYRRHA au SCK-CEN) avec des contributions vari\u00e9es telles que les sources d’ions, la dynamique faisceau, la radiofr\u00e9quence (coupleurs RF de puissance), le vide, les diagnostics, le magn\u00e9tisme. Il a \u00e9galement travaill\u00e9 pour des applications de hadronth\u00e9rapie pour les projets ETOILE et CNAO. Enfin, il a collabor\u00e9 r\u00e9guli\u00e8rement avec le CERN sur les th\u00e9matiques de dynamique faisceau (LINAC4), les structures radiofr\u00e9quences (EUCARD, RFTech, CARE\/HIPPI) ou pour des suivis de fabrication.<\/p>\n

A ce jour, les collaborations avec le GANIL et le CERN continuent toujours avec, par exemple, le d\u00e9veloppement de la source d’ions ASTERICS et les \u00e9tudes de multipactor pour FCC.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\tActivit\u00e9s scientifiques\n\t\t\t\t

Booster de charges<\/strong><\/h2>\n

Le p\u00f4le d\u00e9veloppe depuis la fin des ann\u00e9es 1990 la source d’ions \u00ab\u00a0Booster de charges\u00a0\u00bb de type \u00ab\u00a0PHOENIX\u00a0\u00bb ayant la capacit\u00e9 d’augmenter l’\u00e9tat de charge d’un faisceau de basse \u00e9nergie. Les ions sont d\u00e9c\u00e9l\u00e9r\u00e9s dans le plasma RCE de la source o\u00f9 ils perdent leurs \u00e9lectrons par bombardement \u00e9lectronique avant d’\u00eatre extraits en faisceau d’ions gr\u00e2ce \u00e0 un syst\u00e8me d’\u00e9lectrodes. Les Boosters de charges sont utilis\u00e9s sur des installations de recherche sur les ions exotiques telles que GANIL-SPIRAL1, TRIUMF-ISAC ou LNL-SPES afin de rendre leur r\u00e9-acc\u00e9l\u00e9ration plus efficace. Les d\u00e9veloppements r\u00e9alis\u00e9s sur la source de R&D du LPSC visent \u00e0 am\u00e9liorer les performances des Booster de charges. Ces \u00e9tudes sont soutenues et r\u00e9alis\u00e9es en coop\u00e9ration avec le GANIL. Le LPSC collabore \u00e9galement au d\u00e9veloppement de la source de LNL-SPES pour laquelle 2 contrats de collaboration et de recherche ont permis de fabriquer la source puis de r\u00e9duire la contamination co-extraite, param\u00e8tre clef pour cette technologie. Le banc de tests 1+N+ du LPSC sur lequel le Booster de charges est test\u00e9 ainsi que ses diff\u00e9rents diagnostics sont \u00e9galement utilis\u00e9s lors de campagnes exp\u00e9rimentales internationales visant \u00e0 mieux connaitre les plasmas RCE.<\/p>\n

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Booster de charges<\/p><\/div>\n

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ECRIPAC – Simulations plasmas<\/strong><\/h2>\n

Le projet ECRIPAC (Electron Cyclotron Resonance Ion Plasma Acceleration) s’int\u00e9resse \u00e0 valider par simulation le concept d’acc\u00e9l\u00e9ration plasma de pulses d’ions comme propos\u00e9 par R. Geller en 1991, inventeur des sources d’ions \u00e0 la r\u00e9sonance cyclotronique \u00e9lectronique (RCE). Un tel acc\u00e9l\u00e9rateur est capable de produire des ions au-del\u00e0 d’une \u00e9nergie cin\u00e9tique de 10 MeV\/A avec les technologies usuelles d’une source RCE, donc sans l’emploi des classiques cavit\u00e9s acc\u00e9l\u00e9ratrices ni des modernes lasers de puissance femto seconde. Le concept initial de machine ECRIPAC est propos\u00e9 sur la figure ci-dessous. La premi\u00e8re phase du projet fait l’objet de la th\u00e8se de doctorat d’A. Cernuschi (UGA) au sein du p\u00f4le, en collaboration avec le laboratoire LAPLACE de Toulouse, sp\u00e9cialiste des simulations plasma. Apr\u00e8s une \u00e9tude bibliographique et la r\u00e9cente confirmation de la validit\u00e9 du concept par un code Monte-Carlo d\u00e9di\u00e9 \u00e0 la dynamique des \u00e9lectrons, la mise en \u0153uvre d’un code de type Particle In Cell (PIC), permettant de simuler la dynamique du plasma du g\u00e9n\u00e9rateur, va bient\u00f4t d\u00e9marrer.<\/p>\n

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Illustration du concept d’acc\u00e9l\u00e9ration plasma ECRIPAC, comme originellement propos\u00e9 par R. Geller en 1991<\/p><\/div>\n

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FCC<\/strong><\/h2>\n

FCC (Future Circular Collider) est le grand projet \u00e0 l’\u00e9tude au CERN d’un acc\u00e9l\u00e9rateur circulaire de presque 100 km de circonf\u00e9rence pour arriver \u00e0 des \u00e9nergies d’autour 100 TeV.
Le Master Projet FCC – NPC englobe les diff\u00e9rentes contributions du CNRS au projet FCC.
Le P\u00f4le participe au FCC- NPC dans le lot de t\u00e2ches 8 ‘SupraRadioFr\u00e9quence’ o\u00f9 il a la responsabilit\u00e9.
Dans ce cadre une \u00e9tude pouss\u00e9e du multipactor dans les cavit\u00e9s SWELL (Slotted Waveguide ELLiptical cavity), innovantes et candidates au FCC a \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9e.
D’autres \u00e9tudes sont en cours de discussion avec le CERN.<\/p>\n

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GENEPI-2<\/strong><\/h2>\n

GENEPI-2 (GEn\u00e9rateur de NEutrons Puls\u00e9 Intense) est un acc\u00e9l\u00e9rateur \u00e9lectrostatique d’ions deut\u00e9rium (deutons) qui g\u00e9n\u00e8re un faisceau continu monochromatique de neutrons.<\/p>\n

Les deutons sont produits par une sources d’ions de type RCE. La source est plac\u00e9e sur une plateforme haute tension \u00e0 un potentiel de 220 kV. La diff\u00e9rence de potentiel permet d’acc\u00e9l\u00e9rer les ions \u00e0 travers le tube acc\u00e9l\u00e9rateur. Les ions sont ensuite tri\u00e9s par un dip\u00f4le et transport\u00e9s \u00e0 l’aide d’un ensemble de quadrup\u00f4les et de steerers jusqu’\u00e0 une cible de deut\u00e9rium ou de tritium. C’est sur la cible qu’a lieu la r\u00e9action de fusion qui produit des neutrons de 2.5MeV avec une cible de deut\u00e9rium et de 14MeV avec une cible de tritium.<\/p>\n

Initialement, GENEPI-2 a \u00e9t\u00e9 construit pour les exp\u00e9riences de physique neutronique de la plateforme PEREN (Plateforme d’Etude et de Recherche sur l’Energie Nucl\u00e9aire). Il est aujourd’hui utilis\u00e9 pour r\u00e9aliser des irradiations aux neutrons sur la plateforme GENESIS<\/a> (GEnerator of NEutrons for Science and IrradiationS).<\/p>\n

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L’acc\u00e9l\u00e9rateur GENEPI-2<\/p><\/div>\n

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MULTIPAC<\/strong><\/h2>\n

Multipac est un projet de recherche de l’IN2P3 entre le IJCLab et le LPSC qui a pour but d’\u00e9tudier le ph\u00e9nom\u00e8ne du multipactor afin de le r\u00e9duire et, si possible, le faire dispara\u00eetre.
Le multipactor est un ph\u00e9nom\u00e8ne parasite r\u00e9sonant, intervenant dans les structures sous vide soumises \u00e0 une onde radiofr\u00e9quence (RF). Dans le domaine des acc\u00e9l\u00e9rateurs il peut, entre autres, emp\u00eacher l’injection de la puissance RF aux cavit\u00e9s acc\u00e9l\u00e9ratrices et causer la rupture des c\u00e9ramiques des coupleurs provoquant la remise \u00e0 l’air de l’acc\u00e9l\u00e9rateur.
Le P\u00f4le est en train de d\u00e9velopper un banc de test qui est d\u00e9j\u00e0 utilis\u00e9 pour caract\u00e9riser le ph\u00e9nom\u00e8ne (en collaboration avec le CEA Saclay, CEA IRFM, ONERA DPHY) et pour \u00e9tudier de d\u00e9p\u00f4ts antimultipactor (en collaboration avec le SIMaP \/ INC).
Ces travaux sont soutenus par le CNRS, via l’appel \u00e0 projet inter-instituts \u00ab 80Primes \u00bb, par l’Institut Carnot \u00ab Energies du futur \u00bb et par des dotations projets.<\/p>\n

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NEWGAIN<\/strong><\/h2>\n

Le LPSC est impliqu\u00e9 dans le projet NEW GANIL INjector (NEWGAIN), qui consiste \u00e0 d\u00e9velopper un nouvel injecteur d’ions lourds avec un rapport masse sur charge jusqu’\u00e0 7 pour l’acc\u00e9l\u00e9rateur lin\u00e9aire SPIRAL2 du GANIL. Le p\u00f4le est responsable de la coordination des lots de t\u00e2ches \u00ab Source d’Ions et plateforme \u00bb et \u00ab Ing\u00e9nierie Syst\u00e8me \u00bb. En collaboration en interne avec le SERM, le service \u00e9lectronique, le SDI et en externe avec le GANIL et le DACM du CEA Saclay, le LPSC con\u00e7oit une source d’ions supraconductrice RCE nomm\u00e9e ASTERICS. Une vue en coupe de la conception m\u00e9canique de la source ASTERICS est propos\u00e9e sur la figure ci-dessous. Cette source utilise la technologie de pointe nomm\u00e9e \u00ab bladder and keys \u00bb, pour r\u00e9duire le risque de fabrication des bobines magn\u00e9tiques et contiendra un volume de plasma environ deux fois plus important que les sources d’ions existantes aux \u00c9tats-Unis, en Chine et au Japon. Cela permettra d’augmenter significativement les intensit\u00e9s de faisceaux d’ions fabriqu\u00e9s par la source, avec pour objectif la production en op\u00e9ration continue jusqu’\u00e0 340 \u00b5A d’U34+<\/sup>. La source d’ions et sa ligne d’analyse seront assembl\u00e9es au LPSC, puis qualifi\u00e9es pendant environ 2 ans avant leurs installations d\u00e9finitives au GANIL pendant la p\u00e9riode ~2030-2032.<\/p>\n

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Vue en coupe de conception de la source ASTERICS et de son syst\u00e8me de contr\u00f4le commande<\/p><\/div>\n

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PACIFICS<\/strong><\/h2>\n

Le projet PACIFICS<\/strong> (P<\/strong>article A<\/strong>ccelerator I<\/strong>nitiative for F<\/strong>uture I<\/strong>nnovative and C<\/strong>hallenging S<\/strong>ystems) est un Equipex+ \/ ESR\u00b9 financ\u00e9 par l’ANR dans le cadre du (PIA)3\u00b2, et qui a pour<\/p>\n

objectif la jouvence de plusieurs \u00e9quipements scientifiques de tr\u00e8s haut niveau technologique pour maintenir notre leadership dans nos domaines de recherche sur la p\u00e9riode 2021 \u00e0 2027.<\/p>\n

Le P\u00f4le Acc\u00e9l\u00e9rateurs et Sources d’Ions est engag\u00e9 dans l’un des 4 axes scientifiques, \u00ab Sources d’Ions de nouvelle g\u00e9n\u00e9ration et de haute performances \u00bb, qui explore la R&D sur les sources ECR de haute intensit\u00e9. Le budget est r\u00e9parti sur plusieurs \u00e9quipements du P\u00f4le : Aimants supras pour la source cryog\u00e9nique du projet 60 GHz<\/strong> en mode CW et alimentations HT pour le gyrotron, g\u00e9n\u00e9rateur HF large bande 10-18 GHz pour la ligne 1+N+<\/strong> et son Booster de charges<\/strong>, uniformisation du contr\u00f4le-commande des 3 lignes acc\u00e9l\u00e9ratrices du P\u00f4le (BFC<\/strong>, 1+N+, 60 GHz), upgrade de 5 alimentations HT pour l’ensemble des lignes.<\/p>\n

\"\" \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0\u00a0 \"\"<\/p>\n

\u00b9 Equipex + \/ ESR : Equipement Structurant pour la Recherche pour investir dans des \u00e9quipements scientifiques majeurs<\/p>\n

\u00b2 PIA3 : Programme d’Investissements d’Avenir<\/p>\n

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PERLE<\/strong><\/h2>\n

Un acc\u00e9l\u00e9rateur lin\u00e9aire d’\u00e9lectrons \u00e0 r\u00e9cup\u00e9ration d’\u00e9nergie (Energy Recovery Linac<\/em> ou ERL) exploite l’\u00e9nergie des faisceaux en circulation dans la machine, apr\u00e8s leur utilisation, pour acc\u00e9l\u00e9rer les faisceaux suivants, nouvellement inject\u00e9s dans l’acc\u00e9l\u00e9rateur. Ce concept permet de r\u00e9duire drastiquement la consommation \u00e9nerg\u00e9tique des syst\u00e8mes RF de l’acc\u00e9l\u00e9ration et pr\u00e9voit un niveau d’efficacit\u00e9 \u00e9nerg\u00e9tique in\u00e9dit pour la discipline d’un int\u00e9r\u00eat particulier dans l’optique des futurs collisionneurs de haute \u00e9nergie.<\/p>\n

Le projet PERLE ambitionne de d\u00e9velopper un d\u00e9monstrateur d’ERL multi-tours (20 mA, 250 MeV) \u00e0 Orsay pour \u00e9prouver la faisabilit\u00e9 des ERL de forte puissance. Dans une premi\u00e8re phase, l’acc\u00e9l\u00e9rateur sera \u00e9quip\u00e9 d’une seule recirculation de faisceau. Cette construction b\u00e9n\u00e9ficie du support financier du CNRS via un projet \u00e0 risques et \u00e0 impact ERL4ALL<\/a> et du projet europ\u00e9en iSAS<\/a>.<\/p>\n

En \u00e9troite collaboration avec IJCLab sur ce projet, le p\u00f4le<\/p>\n