Accélérateur de particules : Spiral2 en piste afin de « repousser les limites de la connaissance »

À Caen, le grand accélérateur d'ions dispose d'un nouvel accélérateur de particules Spiral2. Il permettra aux scientifiques de partir à la recherche de nouveaux atomes exotiques, mais aussi de faire des avancées dans le monde de la santé, des matériaux, de l'électronique, etc.

Hier, le CNRS (centre national de la recherche scientifique) et le CEA (commissariat à l'énergie atomique) inauguraient leur nouvel accélérateur de particules : nom de code Spiral2. Ce projet prend place dans le centre de recherche Ganil (grand accélérateur national d'ions lourds) de Caen.

Projet Spiral2 du Ganil : premier chevron enclenché !

Un budget de 138 millions d'euros a été nécessaire pour mettre ce projet sur pieds. Un montant qui exclut la main d'œuvre fournie par le CNRS et le CEA, évaluée à 60 millions d'euros. Ce projet permettra à la France de « doubler ses capacités expérimentales en physique nucléaire » expliquent les deux protagonistes. Plus en détail, Spiral2 produira des faisceaux de particules « d’une intensité inégalée » ce qui permettra, en théorie, de « repousser les limites de la connaissance ». 

Le démarrage des expériences se fera en plusieurs étapes, à partir de l'année prochaine et jusqu'en 2019. L'étape d'aujourd'hui concerne la mise en place d'un nouvel accélérateur linéaire Linac, de deux sources d'ions et de l'injecteur. « Les intensités des faisceaux d’ions lourds générés par cette source seront 10 à 100 fois plus importantes que celles disponibles aujourd’hui au Ganil » explique le chercheur du CNRS Jean-Charles Thomas.

Désormais, le centre national de recherche revendique être « l’un des quatre plus grands laboratoires au monde pour la recherche avec des faisceaux d’ions ». 

Une puissance plus importante pour créer de nouveaux atomes

Pour rappel, le principe de fonctionnement de cet ensemble est de créer des ions (des atomes auxquels on arrache des électrons afin de les charger électriquement), de les accélérer via des champs magnétiques (en se rapprochant du tiers de la vitesse de la lumière) puis de les faire entrer en collision avec des atomes. « Ces collisions à très haute énergie permettent d’induire des réactions nucléaires donnant naissance à de nouveaux noyaux dont la proportion neutron-proton, la structure ou encore la forme sont inhabituelles » explique le CNRS. 

Le but est donc de créer des noyaux « exotiques », c'est-à-dire qui n'existent pas à l'état naturel sur Terre. Cela n'est pas nouveau puisque plus d'une centaine ont déjà été découverts, synthétisés et étudiés indique le CNRS. De son côté, le Ganil se concentrera sur les noyaux « super lourds » : ceux dont le numéro atomique, c'est-à-dire le nombre de protons, est supérieur à 110. Actuellement, le plus lourd est l'Oganesson (numéro atomique 118 dans le tableau périodique des éléments).

Sur l'image ci-dessous, le CNRS présente les noyaux qui existent à l'état naturel (les cases blanches) et tous ceux qui ont été synthétisés dans des laboratoires (les cases orange et grises). Entre les courbes des limites d'existences se trouvent « les noyaux prédits par la théorie comme existant dans l'Univers » : autant dire qu'il reste encore du chemin à parcourir...

En blanc : les noyaux à l'état naturel sur Terre. En orange et gris : les 2 800 noyaux synthétisés en laboratoire

Des débouchés dans de nombreux domaines, dont la santé et le traitement du cancer

Les expériences menées auront également des débouchés dans le monde de la recherche appliquée, et ce, dans des domaines variés. Nous pouvons par exemple citer les matériaux pour la microfiltration (membranes pour l’agroalimentaire et la santé), l’électronique, l’aérospatiale, le traitement des déchets radioactifs, mais aussi dans le monde de la santé : radiothérapie (pour le traitement des cancers), diagnostic et recherche biomédicale, etc.

Quoi qu'il en soit, les premières expériences débuteront en 2017 et la mise en place de l'ensemble du projet se fera progressivement jusqu'en 2019. Deux nouvelles salles sont ainsi prévues : NFS (Neutrons For Science) et S3(super séparateur spectromètre).

La première permettra « d’étudier les réactions induites par les neutrons rapides dans les réacteurs nucléaires de nouvelle génération, mais aussi les effets des irradiations par neutron dans les domaines de la santé et des matériaux », tandis que la seconde (qui ouvrira en 2019) « utilisera les faisceaux d’ions lourds pour produire et étudier les noyaux exotiques produits dans des réactions de fusion nucléaire ».