Le groupe de travail s’est bien entendu trouvé devant de nombreuses alternatives dont on peut dégager principalement deux lignes directrices. Il était possible de choisir un accélérateur utilisant des techniques nouvelles, demandant de longues études préalables incertaines. Cette voie n’a pas été retenue. Le groupe de réflexion s’est plutôt tourné vers un projet n’employant que des techniques éprouvées. Pourquoi ce choix ? Nous laissons la réponse au groupe de travail 9:
« En ce qui concerne les projets nécessitant des études préalables, dont une
description rapide et une analyse sont faites dans l’annexe A, il est nécessaire de bien préciser qu’ils ont été écartés, puisque le Groupe de Travail s’est placé dans le cadre d’une décision à court terme. On peut cependant indiquer que les prix de réalisation ne semblent pas très différents par rapport à une solution classique. »
Ainsi, le groupe de travail avait la volonté de rendre un projet « clés en main » aux organismes de tutelle. Ce choix avait pour avantage d’anticiper un financement définitif. Si l’Etat décidait de donner les fonds nécessaires à la construction de l’accélérateur, le projet serait prêt, et la construction pourrait commencer rapidement. Bien entendu, ce projet n’est pas sans fondement ; le CEA et l’IN2P3 espèrent un financement rapide du
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laboratoire. Mais ne sachant pas quand un nouveau plan de relance de l’économie verrait le jour, et n’ayant pas l’assurance qu’il prendrait en compte les besoins de la physique nucléaire, il était indispensable de posséder un projet fiable qui saurait convaincre les autorités ministérielles en charge de la décision de bailler les fonds.
Le groupe énumère ensuite la liste des techniques éprouvées qui ont été envisagé : accélérateur linéaire, synchrotron, système à deux étages utilisant un cyclotron à secteurs séparés comme deuxième étage. Parmi ces derniers, il est précisé que l’injecteur peut être un cyclotron compact, un autre cyclotron à secteurs séparés ou un accélérateur Tandem 20 MV. Ces différentes possibilités analysées, le groupe de travail rend son verdict 10:
« …[le groupe de travail] recommande une solution fondée sur l’emploi de deux
cyclotrons à secteurs séparés. Le groupe d’études n’a pas souhaité, notamment, que la machine nationale utilise un tandem comme injecteur unique, malgré ses remarquables qualités de résolution, émittance et cycle utile, car les intensités qu’il permet d’obtenir sont insuffisantes pour un certain nombre d’expériences. Mais il recommande néanmoins l’adjonction de cet accélérateur comme deuxième injecteur ; il augmente de manière substantielle le potentiel du laboratoire national ainsi constitué, en offrant la possibilité d’utiliser simultanément deux faisceaux aux qualités complémentaires. »
Le groupe décrit ensuite les raisons du rejet de certains accélérateurs11 :
« Rappelons que l’objectif a été de recommander la solution qui nous semblait
la meilleure et non pas de condamner tel ou tel type de machine. Le groupe n’a pas retenu la solution accélérateur linéaire, bien qu’elle présente des avantages concernant l’intensité et les énergie pour les ions très lourds, et qu’elle satisfasse aux normes GANIL. Les raisons sont les suivantes : les performances escomptées sont pratiquement identiques à celles de l’UNILAC actuellement en construction à Darmstadt. En particulier, pour les ions légers, les énergies restent limitées à 20 ou 30 MeV par nucléon ; l’accélérateur linéaire a un coût de fonctionnement élevé ; la définition en énergie du faisceau issu de la machine est au mieux de 10-3 ; la solution synchrotron n’a également pas été retenue. Le synchrotron proposé donne des énergies et des intensités qui sont à la limite des normes données par le GANIL avec une grande émittance verticale. Il peut certes donner des ions légers de très grande énergie mais aux dépens de l’intensité qui est déjà faible. En résumé ce type d’accélérateur est par principe limité en intensité et c’est pour cette raison, principalement, qu’il n’a pas été retenu. »
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Rapport du groupe de travail pour l’accélérateur national à ions lourds, p.50
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Enfin, les caractéristiques particulières d’un accélérateur utilisant deux cyclotrons à secteurs séparés sont abordées12 :
« Le groupe d’études a retenu une solution basée sur deux cyclotrons à secteurs
séparés. Les caractéristiques d’une telle solution sont une forte intensité pour les ions légers et moyens. Pour ces mêmes ions, l’énergie maximale est très importante et la définition en énergie peut être très bonne. Pour les ions plus lourds, l’énergie reste acceptable, puisqu’elle est supérieure ou égale à 9 MeV par nucléon ; l’intensité risque cependant d’être limitée par la tenue du stripper. Cette solution ne met pas en jeu de techniques incertaines. Signalons cependant que, de façon générale, l’injection des ions dans un anneau peut représenter quelques difficultés de réalisation qui devraient pourtant être facilement surmontées. Les cyclotrons à secteurs séparés présentent de nombreux avantages, en particulier au niveau de l’extraction, et cette solution a d’ailleurs été retenue pour les machines de Zürich, Indiana, toutes deux en construction, et pour le projet d’Oak Ridge. »
En résumé, le projet consiste en un ensemble de deux accélérateurs de type cyclotron à secteurs séparés, nommés CSS1 et CSS2, injectant l’un dans l’autre avec un stripage intermédiaire. Deux petits cyclotrons classiques servent de pré-injecteurs aux cyclotrons CSS, ce qui permet à ces derniers de fonctionner séparément et simultanément dans une gamme d’énergie limitée. Nous pouvons ainsi définir quelques grandes dominantes du projet qui seront retenues dans le projet final : il s’agit d’un choix assez original mais qui utilise des techniques avérées. On souhaite également se démarquer du projet de la RFA en laissant de côté le principe de l’accélérateur linéaire. On retient enfin le système mondialement reconnu du « stripping » situé entre les deux machines d’accélération.