Duży krajowy akcelerator ciężkich jonów

Duży krajowy akcelerator ciężkich jonów (ang. Large National Heavy Ion Accelerator, czyli GANIL ) to centrum badań fizyki jądrowej w Caen . Działa od 1983 roku wokół akceleratora cząstek złożonego z dwóch izochronicznych cyklotronów połączonych szeregowo. Jest to grupa interesów (GIE) utworzony pomiędzy IN2P3 z CNRS i IRFU Dyrektoriatu Podstawowych Problemów z CEA . Korzysta również ze wsparcia regionu Dolnej Normandii , obecnie regionu Normandii , a także Unii Europejskiej .

Ganil oferuje szeroką gamę przyspieszonych wiązek jonów , od węgla po uran , w szczególności umożliwiających tworzenie i przyspieszanie egzotycznych jąder . Jego charakterystykę rozszerzył projekt SPIRAL (oddany do użytku w 2001 roku ). Obok GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research (GSI) RIKEN , National Superconducting Cyclotron Laboratory  (en) (NSCL) Uniwersytetu Michigan lub ISOLDE w CERN jest jednym z największych laboratoriów na świecie do badań wiązki jonów, fizyka atomowa i jądrowa, radioterapia, fizyka materiałów i astrofizyka.

Historyczny

Projekt budowy akceleratora rozpoczął się w 1973 r. Budowę laboratorium przyjęto w 1975 r., A pierwszy eksperyment z użyciem przyspieszonej wiązki ciężkich jonów (wiązki argonu ) przeprowadzono w 1983 r. Stopniowy wzrost energii i mocy wiązek jonów dostępny w Ganil otworzył w połowie lat 90. nowy kierunek badań nad właściwościami tak zwanych „egzotycznych” jąder, ponieważ nie istnieją one na Ziemi w swoim naturalnym stanie. W 2001 roku oddano do użytku nowe urządzenie do produkcji jonów egzotycznych: instalację SPIRAL . O budowie nowej instalacji o nazwie „  SPIRAL2  ” zdecydowano oficjalnie w 2006 roku. Jej pierwsza faza powinna zostać uruchomiona pod koniec 2015 roku.

Spirala 2

Projekt Spiral2 ma na celu wyposażenie Ganil w jego pierwszej fazie w nowy akcelerator dostarczający cząstki światła o bardzo wysokiej intensywności i stabilne wiązki jonów. Przekształcenie tego pierwszego w neutrony umożliwi badanie materii za pomocą nowej sondy: wiązek neutronów. Przyspieszone jony ciężkie zostaną wykorzystane do wytworzenia nowych egzotycznych jąder w reakcjach syntezy jądrowej. Sprzęt został zainaugurowany przez Prezydenta Rzeczypospolitej , François Hollande , The3 listopada 2016 r.

Tematy badawcze

Wysokoenergetyczne wiązki jonów Ganil zapewniają bardzo przenikliwe promieniowanie. Są one wykorzystywane w fizyce materiałów i radiobiologii do badania wpływu tego promieniowania na materię (fizyka atomowa i materiałowa) oraz na organizmy żywe (radiobiologia).

Przyspieszone do wyższej energii, te wiązki jonów są używane do badania jądra atomowego i działających w nim sił podstawowych. Wytwarzanie egzotycznych jąder w reakcjach zderzeń jądrowych pozwala w szczególności lepiej zrozumieć, w jaki sposób jądra są syntetyzowane w gwiazdach i jak oddziałują na siebie nukleony tworzące jądro atomowe.

W 2011 roku wiązki jonów Ganil były używane przez około 550 badaczy na całym świecie.

Operacja

Wiązki jonów Ganil są wytwarzane przez dwa niezależne źródła jonów przy użyciu butli z gazem (argon, ksenon, tlen  itp. ) Lub stałego proszku (żelazo, nikiel, uran  itp. ), Który zostanie sublimowany i wprowadzony do plazmy. Powstałe w ten sposób jony są następnie przyspieszane przez pierwszy cyklotron o nazwie „C0” (odpowiednio C01 i C02). Na wyjściu jony mają energię rzędu MeV na nukleon i mogą być skierowane do niskoenergetycznej linii napromieniania IRRSUD, gdzie odbywają się interdyscyplinarne eksperymenty fizyczne. W przeciwnym razie są one wstrzykiwane do pierwszego cyklotronu z oddzielnymi sektorami (CSS1), co doprowadza je do energii wyjściowej rzędu dziesięciu MeV na nukleon. Następnie przechodzą przez obieracz, który umożliwia wydobycie pewnej liczby elektronów z jonów, a tym samym poprawę przyszłych przyspieszeń. W tym momencie można je wysłać do MŚP o średniej wydajności energetycznej lub kontynuować podróż w akceleratorze. Następnie wchodzą do drugiego cyklotronu, identycznego jak pierwszy, CSS2, i wychodzą z energią około stu MeV na nukleon. Następnie są wysyłane do ości, która rozprowadza wiązkę w różnych komorach doświadczalnych. W ten sposób Ganil umożliwia równoległe uzyskanie wiązki wysokiej energii (C0 + CSS1 + CSS2), wiązki średniej energii (C0 + CSS1) narzuconej przez wysoką energię i wiązki o niskiej energii (C0) niezależnej od innych dzięki drugie źródło jonów.

Ponadto Ganil posiada również drugi bardzo niskoenergetyczny akcelerator ARIBE (Akcelerator do badań jonów o niskiej energii). Składa się z prostego źródła ECR zdolnego do wytwarzania wiązek gazu o energii do 500  keV .

Fizycy pracujący w Ganil wybierają interesującą ich linię na podstawie różnych kryteriów. Fizyk jądrowy będzie zainteresowany liniami wysokoenergetycznymi o dużej intensywności, aby móc na przykład wytwarzać egzotyczne jądra, podczas gdy fizyk materiałów wybierze linię zgodnie z rodzajem złoża energii, który chce mieć, elektronicznym (wysokoenergetycznym) lub jądrowa (niskoenergetyczne).

Odkrycia dokonane w Ganil

Kilka elementów zsyntetyzowano za pomocą akceleratora Ganil. Wśród najważniejszych odkryć możemy odnotować:

• stworzenie unbinilium i unbiquadium jąder w 2008 roku;
• tworzenie podwójnie magicznych rdzeni, takich jak nikiel 48 lub cyna 100 razem z GSI  ;
• tworzenie bogatych w ultra- neutrony jąder wodoru 7  ;
• odkrycie radioaktywności 2-protonów, która prowadzi do jednoczesnej emisji dwóch protonów .

Znani badacze

W 2015 roku Ganil ma dwudziestu pięciu stałych fizyków, z których niektórzy osiągnęli narodowe wyróżnienie. Wśród nich możemy wymienić Denisa Lacroixa, który otrzymał brązowy medal CNRS w 2001 r., Gdy stacjonował w LPC Caen , oraz Oliviera Sorlina, który otrzymał srebrny medal CNRS w 2010 r. Sydney Galès, który był dyrektorem Ganil w latach 2005–2011 , otrzymał również kilka wyróżnień naukowych i honorowych.

Uwagi i odniesienia

1. PN Ostroumov, Nuclear Physics Accelerators - Accelerator Perspectives for Nuclear Physics , slajd 21, 12 czerwca 2013
2. „  Zupełnie nowy akcelerator cząstek zainaugurowany w Caen  ” , na stronie www.sciencesetavenir.fr/ ,4 listopada 2016 r(dostęp 21 listopada 2016 ) .
3. Naukowy dokument strategiczny Ganil / Spiral2 , str.  4 , 19 grudnia 2012
4. Informacja prasowa , „Nowe jądra super-ciężkich atomów w Ganil”, CNRS
5. M. Morjean, Fission Time Measurement: A new Probe into Superheavy Element Stability , Physical Review Letters , 101, 072701, 2008
6. Komunikat prasowy CNRS , „Pierwsze na świecie: odkrycie niklu 48 w Ganil”
7. Egzotyczne jądra i promienie radioaktywne
8. Informacja prasowa [PDF] , „Odkrycie wodoru 7, najbardziej egzotycznego systemu jądrowego, jaki kiedykolwiek zaobserwowano”, 19 listopada 2007
9. Informacja prasowa [PDF] , „Radioaktywność dwóch protonów zaobserwowana po raz pierwszy bezpośrednio w Ganil”.
10. Brązowe medale 2001 , CNRS
11. Srebrne medale 2010 , CNRS

Powiązane artykuły

• GSI
• CERN / ISOLDE
• RIKEN
• Ganil / SPIRAL

Linki zewnętrzne

• Witryna internetowa laboratorium .