Nouvelle scientifique

 

Le 22 juin 2017

 

 

Commissioning de la ligne basse énergie pour le projet MYRRHA

 

Le commissioning de la ligne de transport basse énergie (LEBT) pour l’accélérateur du projet MYRRHA a été achevé avec succès au mois de mai dernier. Sa conception et sa réalisation sont le fruit d’une collaboration entre le centre de recherche Belge du SCK-CEN et le Laboratoire de physique subatomique et cosmologie (CNRS/Université Grenoble Alpes/Grenoble INP), où la ligne a été entièrement installée et exploitée pour des études de dynamique du faisceau. Ceci représente une première étape dans la construction de l’accélérateur du projet MYRRHA.

 

L’accélérateur de MYRRHA

Porté par le SCK-CEN, le projet MYRRHA a pour objectif de construire un réacteur hybride (ou ADS pour Accelerator Driven system) de recherche, à Mol en Belgique, afin notamment d’étudier la transmutation de certains déchets nucléaires. Il requiert un accélérateur linéaire (LINAC) de haute énergie (600 MeV) fournissant un faisceau de protons d’intensité élevée (4 mA). Cet accélérateur doit atteindre un niveau de fiabilité unique au monde: moins de 10 arrêts faisceau de durée supérieure à 3 secondes par cycle opératoire de 3 mois. Pour atteindre cet objectif, il est absolument nécessaire de s’assurer de la bonne qualité du faisceau en sortie d’injecteur afin de limiter les pertes dans la suite de l’accélérateur.

 

Ligne basse énergie et charge d’espace

La LEBT, premier maillon de l’injecteur, joue donc un rôle crucial car elle permet de transporter et de conditionner le faisceau depuis la source de proton vers la suite du LINAC. Un programme expérimental a été mené par le LPSC pour optimiser le transport du faisceau dans la LEBT en exploitant notamment le phénomène de compensation de la charge d’espace. A basse énergie cinétique (ici des protons à 30 keV) la dynamique du faisceau est dominée par des effets non-linéaires du champ de charge d’espace généré par le faisceau sur lui-même. Ce champ a un effet dé-focalisant et il peut engendrer des pertes faisceau, dans la LEBT mais aussi dans la suite du LINAC.

 

La ligne basse énergie de MYRRHA installée au LPSC © LPSC

 

Cependant, le faisceau interagit aussi avec le gaz résiduel présent dans la chambre à vide et ionise celui-ci. Les électrons créés sont piégés par le potentiel du faisceau de protons. Ainsi, la charge globale du faisceau est compensée et la charge d’espace partiellement neutralisée. Ce phénomène complexe, difficile à modéliser, a été mis en évidence lors des tests de la LEBT, quantifié en fonction de la pression et du type de gaz résiduel, et utilisé pour optimiser la transmission dans la LEBT de MYRRHA.

 

Carte de transmission de la LEBT : mesure du courant faisceau en sortie de ligne en fonction de la force de focalisation des deux solénoïdes (ici le courant dans les bobines des solénoïdes, Isol1 et Isol2). Gauche : carte de transmission sans injection de gaz dans la ligne, P = 7.0 10-6 mbar. Droite : carte de transmission lorsqu’on injecte du Krypton dans la ligne afin d’augmenter la pression de gaz résiduel à une valeur de P = 2.4 10-5 mbar. La transmission du faisceau est améliorée par l’injection de gaz et est moins sensible aux réglages de focalisation des deux solénoïdes.

 

À présent, La LEBT va être transportée en Belgique pour être accouplée au prochain élément qui constitue la suite de l’injecteur: le Quadripôle Radiofréquence (RFQ). La contribution de l’IN2P3 ne s’arrête pas ici, puisque quatre laboratoires (L’IPNO, Le LPSC, L’IPHC et le LAL) sont impliqués dans la suite du commissioning de l’injecteur de MYRRHA, des études de dynamique du faisceau et de recherche et développement pour la conception de l’accélérateur.

 

Pour en savoir plus

• Le projet MYRRHA (en anglais)
• La publication (en anglais)

 

Contact chercheur

• Frédéric Bouly, Chargé de recherche au LPSC
• Dominique Bondoux, Ingénieur de recherche au LPSC