q égal à 3). Ceux-ci seront ensuite envoyés vers différents nouveaux bâtiments (zone 2, fig. 5.4) : — “SPIRAL2 fragments de fission” sera un bâtiment de prodution de noyaux riches en
neutrons par fission de cibles d’uranium. Aujourd’hui, ce projet est mis en suspend. — Le Super Séparateur Spectromètre (S3) sera dédié à l’étude des noyaux N =
Z lourds et super-lourds produits par méthode “In-flight” via des réactions de fusion-évaporation. En aval de la cible, un séparateur/spectromètre séparera et/ou identifiera les noyaux. Des détecteurs situés au bout de la ligne permettront d’étudier les noyaux. Il sera également possible de ralentir les faisceaux dans une cellule de gaz pour les étudier à basse énergie (“S3-LEB”).
— La ligne “Neutrons For Science” (NFS) est une ligne de physique qui inclura une cible sur laquelle les faisceaux de deutons permettront de produire des faisceaux de neutrons. Ceux-ci seront ensuite utilisés sur des cibles pour étudier, par exemple, des diffusions (n,n0γ) dans le cadre de recherche de physique fondamentale ou applicative.
Les noyaux produits par “SPIRAL2 fragments de fission” et S3 pourront également être re-dirigés vers un hall d’étude (DESIR, zone 4, fig. 5.4) ou vers les bâtiments actuels du GANIL par l’intermédiaire de l’accélérateur CIME (zone 5, fig. 5.4) qui permettra de réaccélerer les ions ainsi produit. De même, les noyaux produits par SPIRAL1 pourront également être envoyés dans le hall DESIR.
Le hall DESIR (acronyme pour Désintégration, Excitation et Stockage d’Ions Radioactifs) permettra ainsi de se consacrer à l’étude à basse énergie de l’ensemble des noyaux produits. En raison du lien avec notre projet, la description des études prévues pour ce hall sera détaillée dans la section suivante.
5.2 DESIR : la physique nucléaire à basse énergie
Le hall DESIR [33] est une salle d’expérience consacrée aux études de structure nucléaire, des processus d’astrophysique et des études de l’interaction faible. Pour parvenir à ces études, plusieurs méthodes sont alors mises en pratique : la spectroscopie laser, les études de décroissances et les techniques de piégeage.
Figure 5.5 – Plan à trois dimensions du hall DESIR. À l’entrée du faisceau (situé à gauche sur le plan) se trouve deux dispositifs du projet PIPERADE : le GPIB sur la ligne principale et le double piège de Penning (nommé PIPERADE sur le schéma). Source : Collaboration DESIR.
Ces méthodes nécessitent une préparation des faisceaux en amont. Ainsi, avant d’arriver dans le hall, un séparateur haute-résolution (HRS), situé à 90o de la ligne de faisceau, séparera
si besoin les éléments. À l’entrée du hall, un quadrupôle radiofréquence refroidisseur-regroupeur GPIB permettra de refroidir les faisceaux et, si besoin, de les mettre en paquets. Ceux-ci se-ront réaccelerés à une énergie de 30 keV pour une grande partie de la ligne de faisceau du hall DESIR. La capacité de séparation du HRS est dite de très haute résolution, toutefois, certaines thématiques ont besoin d’une séparation plus importante. Ainsi, dans le hall DESIR, ces noyaux pourront être transportés à une énergie de quelques keV et injectés à 100 eV dans un double piège de Penning (nommé PIPERADE, fig. 5.5) où aura lieu la purification des paquets d’ions. Enfin, ils seront ensuite transportés vers d’autres dispositifs pour être étudiés.
Parmi les activités scientifiques susceptibles d’utiliser le double piège de Penning PIPERADE, quelques exemples peuvent être cités :
— La spectroscopie β − γ assistée par pièges consiste à mesurer précisément les temps de demi-vie et les rapports d’embranchement des décroissances bêta mais aussi la déter-mination des schémas de niveaux du noyau fils à partir de faisceaux purifiés en amont par des pièges.
Figure 5.6 – Schéma d’un dispositif développé par le groupe Noyaux Exotiques du CENBG. Celui-ci est constitué d’un dérouleur de bande (bande grise au milieu) qui permet le dépôt du faisceau et son évacuation après chaque cycle de mesure. Cette bande est recouverte par un cylindre de scintillateur plastique (cylindre vert coupé pour la présentation) pour détec-ter les bêtas émis. L’ensemble est entouré par trois détecteurs qui regroupent chacun quatre cristaux germanium (dit “clover” en anglais) qui permettent la détection des photons. Source : http ://www.cenbg.in2p3.fr/High-precision-branching-ratio-of
Parmi ceux-ci, nous pouvons citer le dispositif développé par le groupe Noyaux Exotiques du CENBG (fig. 5.6) qui a déjà permis de déterminer le rapport d’embranchement et le temps de demi-vie de nombreux noyaux. La combinaison de celui-ci avec des faisceaux purifiés par piégeage permettra d’augmenter la précision sur ces mesures.
— Les études de spectroscopie par absorption totale (“TAS”, de l’anglais, “Total Ab-sorption Spectroscopy”, gauche, fig. 5.7) permettront, par exemple, de connaître les proba-bilités de transitions β utiles pour la détermination de la fonction de force β Sβ (éq. 5.1).
Sβ = Iβ(E) f (Qβ− E)T1/2= K( gA gV) 2X 1 ∆EB(GT ) (5.1)
où Iβ(E) est la probabilité de transition β, f(Qβ − E) est la fonction de Fermi, T1/2
5.2. DESIR : LA PHYSIQUE NUCLÉAIRE À BASSE ÉNERGIE 69 conséquent, cette étude permet de déterminer la probabilité de transition Gamow-Teller à partir de la fonction de force β Sβ.
Figure 5.7 – Photo d’un détecteur composé de scintillateurs et des photomultiplicateurs pour les études de spectroscopie par absorption totale. Source [34]
— La mesure très précise des masses sera notamment réalisée par le dispositif MLLTrap afin de donner des informations sur les chaleurs de réaction utiles aux études de décrois-sances. Elles permettront également de calculer les énergies de séparation qui permettent de déduire les effets de structure des noyaux (déformations, fermetures de couches, ...).
Figure 5.8 – Photo du piège de Penning MLLTrap qui permettra, dans le hall DESIR, de mesurer les masses de nombreux éléments. Source E. Minaya-Ramirez.
Ces études nécessiteront des faisceaux préparés en amont par un quadrupôle radiofréquence refroidisseur-regroupeur et une purification sera probablement nécessaire par un double piège de
Penning. Ma thèse concerne le développement et les tests de ces deux derniers dispositifs regrou-pés dans le projet PIPERADE. Par conséquent, dans la section suivante, nous allons expliquer les raisons qui ont poussé le développement d’un séparateur de ce type. Puis, l’intégration de ce projet dans le hall DESIR sera détaillée. Enfin, nous présenterons la version utilisée pour les tests réalisés au CENBG.