Grand accélérateur national d'ions lourds

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GANIL
Image illustrative de l'article Grand accélérateur national d'ions lourds
Spiral 2

Localisation Caen
Domaines Physique nucléaire
Rattachement
Code
Localisation
Coordonnées 49° 12′ 52″ nord, 0° 21′ 38″ ouest
Ville Caen
Pays Drapeau de la France France
Région Basse-Normandie

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Le Grand accélérateur national d'ions lourds ou GANIL est un centre de recherche en physique nucléaire localisé à Caen. Il fonctionne depuis 1983 autour d'un accélérateur de particules constitué de deux cyclotrons isochrones placés en série. C'est un Groupement d'intérêt économique constitué entre l'IN2P3 du CNRS et la Direction des Sciences de la Matière du CEA. Il bénéficie également d’un soutien d'alors la région Basse-Normandie, aujourd'hui la région Normandie, (réunification de la Basse et de la Haute-Normandie) ainsi que de l’Union_européenne.

Le GANIL offre un large éventail de faisceaux d'ions accélérés, du carbone à l’uranium, permettant en particulier la création et l'accélération de noyaux exotiques. Ses caractéristiques ont été étendues par le projet SPIRAL (mis en fonctionnement en 2001). Au côté du GSI, de RIKEN, du NSCL (en) de l'Université d'État du Michigan ou encore d'Isolde au CERN, c’est l’un des plus grands laboratoires du monde[1] pour la recherche avec des faisceaux d’ions, en physique atomique et nucléaire, en radiothérapie, en physique des matériaux et en astrophysique.

Historique[modifier | modifier le code]

Le projet de construction d'un accélérateur a débuté en 1973. La construction du laboratoire a été acceptée en 1975 et la première expérience utilisant un faisceau d’ions lourds accélérés (faisceau d'argon) a été réalisée en 1983. La montée progressive en énergie et en puissance des faisceaux d’ions disponibles au GANIL a ouvert dans le milieu des années 90 un nouveau champ d’étude portant sur les propriétés des noyaux dits « exotiques » parce que n’existant pas sur Terre à l’état naturel. En 2001, un nouveau dispositif de production d’ions exotiques est mis en service : l’installation SPIRAL. La construction d’une nouvelle installation appelée SPIRAL2 a été officiellement décidée en 2006. Sa première phase devrait être opérationnelle fin 2015.

SPIRAL2[modifier | modifier le code]

Le projet SPIRAL2 vise à doter dans sa première phase le GANIL d’un nouvel accélérateur délivrant des faisceaux de particules légères et d’ions stables de très haute intensité. La conversion des premières en neutrons permettra d’étudier la matière au moyen d’une nouvelle sonde : des faisceaux de neutrons. Les ions lourds accélérés seront quant à eux utilisés pour produire de nouveaux noyaux exotiques dans des réactions de fusion nucléaire. L'équipement a été inauguré par le président de la République, François Hollande, le 3 novembre 2016[2].

Thèmes de recherche[modifier | modifier le code]

Les faisceaux d’ions très énergétiques du GANIL constituent un rayonnement très pénétrant. Ils sont exploités en physique des matériaux et en radiobiologie pour étudier l’influence de ce rayonnement sur la matière (physique atomique et des matériaux) et sur le vivant (radiobiologie).

Accélérés à plus haute énergie, ces faisceaux d’ions sont utilisés pour étudier le noyau atomique et les forces fondamentales qui agissent en son sein. La production de noyaux exotiques dans des réactions de collision nucléaire permet notamment de mieux comprendre comment les noyaux sont synthétisés dans les étoiles, et de quelle manière les nucléons constituant le noyau atomique interagissent entre eux.

En 2011, les faisceaux d’ions du GANIL ont été utilisés par environ 550 chercheurs du monde entier[3].

Fonctionnement[modifier | modifier le code]

Les faisceaux d'ions du GANIL sont produits par deux sources d'ions indépendantes grâce à une bouteille de gaz (argon, xénon, oxygène...) ou une poudre solide (fer, nickel, uranium...) qui sera sublimée et effusée dans un plasma. Les ions ainsi produits sont ensuite accélérés par un premier cyclotron appelé C0 (respectivement C01 et C02). En sortie, les ions ont une énergie de l'ordre du MeV par nucléon et peuvent être dirigés vers la ligne d'irradiation à basse énergie IRRSUD où ont lieu des expériences de physique interdisciplinaire. Sinon, ils sont injectés dans un premier cyclotron à secteurs séparés (CSS1) qui les amène à une énergie en sortie de l'ordre de la dizaine de MeV par nucléon. Ils passent alors dans un éplucheur qui permet d'arracher un certain nombre d'électrons aux ions et ainsi améliorer les futures accélérations. A ce moment, ils peuvent être envoyés dans la sortie à moyenne énergie SME ou poursuivre leur route dans l'accélérateur. Ils rentrent alors dans un second cyclotron identique au premier, CSS2 et en sortent avec une énergie de l'ordre de la centaine de MeV par nucléon. Ils sont alors envoyés dans l’arrête de poisson qui distribue le faisceau dans les différentes chambres d'expériences. Le GANIL permet ainsi de disposer en parallèle d'un faisceau en haute énergie (C0+CSS1+CSS2), d'un faisceau en moyenne énergie (C0+CSS1) imposé par la haute énergie et d'un faisceau en basse énergie (C0) indépendant des autres grâce à la seconde source d'ions.

De plus, le GANIL dispose également d'un second accélérateur de très basse énergie, ARIBE (Accélérateur pour les Recherches avec des Ions de Basses Énergies). Il se compose d'une simple source ECR pouvant produire des faisceaux gazeux jusqu'à des énergies de 500 keV.

Les physiciens qui sont amenés à travailler au GANIL choisissent la ligne qui les intéresse en fonction de différents critères. Un physicien nucléaire s'intéressera aux lignes de haute énergie avec une grande intensité pour pouvoir, par exemple, produire des noyaux exotiques tandis qu'un physicien des matériaux choisira la ligne en fonction du type de dépôt en énergie qu'il souhaite avoir, électronique (haute énergie) ou nucléaire (basse énergie).

Les différentes lignes du GANIL
Nom Énergie Domaine de recherche
ARIBE < 500 keV Physique moléculaire et atomique. Astrochimie.
IRRSUD 1 MeV/A Physique des matériaux. Astrochimie.
SME - IRASME 10 MeV/A Physique des matériaux. Astrochimie.
IRABAT 100 MeV/A Physique des matériaux. Radiobiologie.
LISE 100 MeV/A Physique et Astrophysique nucléaire. Physique des matériaux. Astrochimie.
G4 100 MeV/A Applications industrielles.
SPEG 100 MeV/A Physique nucléaire.
VAMOS 100 MeV/A Physique nucléaire.

Découvertes réalisées au GANIL[modifier | modifier le code]

Plusieurs éléments ont été synthétisés à l’aide de l’accélérateur du GANIL. Parmi les découvertes les plus importantes, on peut noter :

Chercheurs notables[modifier | modifier le code]

Le GANIL compte en 2015 vingt-cinq physiciens permanents qui pour certains ont réussi une distinction nationale. Parmi ceux-ci, on peut citer Denis Lacroix qui a reçu la médaille de bronze du CNRS en 2001[10] alors qu’il était en poste au LPC Caen, ainsi qu’Olivier Sorlin qui a reçu la médaille d'argent du CNRS en 2010[11]. Sydney Galès qui a été directeur du GANIL de 2005 à 2011 a également reçu plusieurs distinctions scientifiques et honorifiques.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. P.N. Ostroumov, Nuclear Physics Accelerators ‐ Accelerator Perspectives for Nuclear Physics, diapositive 21, 12 juin 2013
  2. « Un accélérateur de particules flambant neuf inauguré à Caen », sur https://www.sciencesetavenir.fr/, (consulté le 21 novembre 2016).
  3. Document stratégique scientifique GANIL/SPIRAL2, page 4, 19 décembre 2012
  4. Communiqué de presse du CNRS De nouveaux noyaux d’atomes super-lourds au Ganil
  5. M. Morjean, "Fission Time Measurement: A new Probe into Superheavy Element Stability", Physical Review Letters 101, 072701 (2008)
  6. Communiqué de presse du CNRS Une première mondiale : la découverte du nickel 48 au GANIL
  7. Noyaux exotiques et faisceaux radioactifs
  8. [PDF] Communiqué de presse Découverte de l’hydrogène 7, le système nucléaire le plus exotique jamais observé. – 19 novembre 2007
  9. [PDF] Communiqué de presse La radioactivité de deux protons observée pour la première fois directement au GANIL.
  10. Médailles de bronze 2001 sur le site du CNRS
  11. Médailles d’argent 2010 sur le site du CNRS

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]