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Accélérateur d’ions : plus stable et donc plus performant !


​En collaboration avec le Ganil, des chercheurs du CEA-Irig, ont mis au point un dispositif innovant de contrôle du refroidissement cryogénique pour le nouvel accélérateur d'ions de Spiral2 (Linac), à Caen. Celui-ci permet à la fois de réguler de manière optimale le niveau d'hélium liquide et de mieux dépister d'éventuelles anomalies. Un atout pour la montée en puissance du nouvel accélérateur !

Publié le 30 mars 2021

Le Ganil (Grand accélérateur national d'ions lourds) à Caen met en service progressivement son nouvel accélérateur linéaire supraconducteur (Linac) de Spiral 2 (Système de production d'ions radioactifs en ligne de 2e génération). Ce Linac pourra accélérer des particules plus légères (protons, deutons, hélium) que les cyclotrons du Ganil, et également des ions lourds jusqu'au nickel, à des intensités dix fois plus grandes que celles disponibles jusque-là.

Les faisceaux d'ions sont accélérés par les champs électriques radiofréquence produits par les 26 cavités supraconductrices du Linac, dont douze ont été testées par l'Irfu. Les cavités sont refroidies à 4,5 kelvins grâce à des bains d'hélium liquide. La moindre fluctuation du champ électrique de l'accélérateur pouvant provoquer des pertes d'ions, il est primordial de contrôler très précisément la température et la pression de l'hélium.

Pour cela, des chercheurs de l'Irig et des ingénieurs du Ganil ont développé un modèle numérique du système cryogénique permettant de contrôler la pression d'hélium et le niveau du bain. La régulation choisie, de type « commande LQ » (Linear Quadratic), est plus performante qu'un correcteur classique PID (proportionnel, intégral, dérivé). Mise en œuvre sur l'accélérateur, elle a favorisé de manière significative sa stabilité tout au long de la montée en régime de l'accélération des premiers faisceaux d'ions produits sur Spiral2, en 2019 et 2020.

Ce modèle utilise Simcryogenics, la bibliothèque logicielle développée par les chercheurs de l'Irig depuis une dizaine d'années. Celle-ci permet de simuler de grandes installations cryogéniques, de la station de compression du réfrigérateur hélium jusqu'à la distribution du froid, pour les grands instruments de recherche scientifiques (accélérateurs de particules, tokamaks).



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