Faits marquants 2014
Le 10 avril 2014, les 12 délégués des pays mandatés par leurs gouvernements afin de décider de l'ouverture des négociations de site pour le projet CTA (Cherenkov Telescope Array), auquel contribuent le CNRS et le CEA, se sont réunis à Munich. Deux sites de l'hémisphère sud sont ainsi susceptibles d'accueillir ce futur réseau de télescopes de nouvelle génération en astronomie gamma des très hautes énergies : Aar en Namibie et l'ESO au Chili. Le site Leoncito en Argentine constitue quant à lui une troisième option. Cette sélection des sites potentiels dans l'hémisphère sud marque une étape décisive vers la réalisation du projet CTA.
L'observatoire CTA permettra d'explorer le cosmos à des énergies de photons gamma les plus élevées et de gagner un ordre de grandeur en sensibilité par rapport aux instruments actuels, fournissant de nouvelles informations sur un grand nombre de processus parmi les plus extrêmes de l'Univers.
CTA sera composé de plus de 100 télescopes Cherenkov de 23 m, 12 m et de 4 m de diamètre pour son site sud, qui sera le site principal, et un site de plus petite taille dans l'hémisphère nord. Un ensemble de sites candidats potentiels ont été identifiés dans les hémisphères nord et sud, et des études approfondies des conditions environnementales, des simulations des performances scientifiques, ainsi que de l'évaluation des coûts de construction ont été réalisées.
Le comité de sélection des sites (SSC : Site Selection Committee), composé d'experts internationaux de l'évaluation des sites pour les observatoires astronomiques, a passé en revue les études et fourni une évaluation indépendante des différents sites candidats.
Après avoir pris note du rapport du SCC et des contributions du consortium CTA , les représentants de l'Argentine, l'Autriche, le Brésil, la France, l'Allemagne, l'Italie, la Namibie, la Pologne, l'Espagne, l'Afrique du Sud, la Suisse et le Royaume-Uni ont décidé, sur la base de la majorité de 75 % requise, de lancer les négociations sur les deux sites de l'hémisphère sud, à savoir le site Aar en Namibie et de l'ESO au Chili, en conservant le site Leoncito en Argentine comme une troisième option. A l'issue des négociations, un site sera choisi à la fin de l'année 2014.
Des études supplémentaires étant apparues nécessaires en ce qui concerne le site de l'hémisphère nord de l'observatoire CTA — les sites candidats sont situés au Mexique, en Espagne et aux Etats-Unis, les représentants ont décidé de reporter leur décision et de demander au conseil d'administration de CTA — rassemblant ministères et agences — de progresser sur ce point.
La décision de lancer les négociations sur le choix du site de l'hémisphère nord sera prise dès que possible.
La Facilité internationale Fusion Materials Irradiation (IFMIF) est l'un des projets découlant de l'accord sur l'approche élargie, un partenariat dans la recherche sur l'énergie de fusion entre l'Europe et le Japon. IFMIF est une source de neutrons à base d'accélérateur qui produit, en utilisant des réactions nucléaires deutérium-lithium, un grand flux de neutrons semblable à celle prévue lors de la première paroi d'un réacteur de fusion.
Deux étapes importantes ont été franchies début novembre 2014 au Linear Accelerator IFMIF Prototype (Lipac): l'accomplissement du premier plasma d'hydrogène dans la chambre d'ionisation et la première extraction d'un faisceau d'ions (H +). Les tests se poursuivent pour retrouver les caractéristiques nominales de l’injecteur. Le premier faisceau de deuton sera produit début 2015.
Dans la cadre de la contribution de l’Irfu au projet IFMIF-EVEDA, différents éléments destinés à équiper l’accélérateur LIPAc1 ont été livrés début août vers leur destination finale, le site de Rokkasho au Japon. Cette livraison clôt la phase d’étude démarré en 2008, de conception et de réalisation des diagnostics faisceau de cet accélérateur de deutons de 9 MeV.
Ces diagnostics sont réalisés par trois différents types de détecteurs qui vont permettre la mesure des profils transverses, des pertes et du courant du faisceau sur la partie haute énergie de 5 à 9 MeV. Une première phase d’installation débutera en mi 2015 à Rokkasho pour l’installation de ces diagnostics auprès de l’accélérateur.
Contexte des contributions de l’Irfu au projet IFMIF
Le CEA-Saclay est le principal contributeur européen au projet IFMIF2, plus précisément à la phase d’étude et d’évaluation appelée EVEDA3. Elle consiste à montrer la faisabilité d’une installation d’irradiation pour l’étude des matériaux des futurs réacteurs de fusion soumis à un bombardement neutronique extrêmement intense. Ce programme s’inscrit dans le cadre des accords internationaux signés entre l’Europe et le Japon en 2007, connus sous la dénomination « Approche Élargie ».
Pour l’accélérateur, la validation s’appuie sur l’accélérateur LIPAc, du faisceau continu de deutons de 9 MeV et 125 mA dont l’installation a commencé sur le site de Rokkasho en fin 2013. La fourniture de systèmes importants de l’accélérateur comme l’injecteur, le linac supraconducteur et des diagnostics faisceau, ainsi que leur installation et leur démarrage sont sous la responsabilité des équipes de l’Irfu.
Les diagnostics faisceaux situés sur la partie haute énergie (5 à 9 MeV) doivent faire face aux défis suivants :
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puissance du faisceau supérieure à 1 MW capable de vaporiser les matériaux
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charge d’espace élevée qui contraint les diagnostics (dimensions, trajectoires)
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environnement fortement radioactif
L’Irfu s’est positionné sur la mesure des profils transverses, des pertes et du courant faisceau.
Les astronomes du Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ont utilisé 140 000 quasars lointains pour mesurer le taux d'expansion de l'Univers quand il était âgé seulement d'un quart de son âge actuel. C'est à ce jour la meilleure mesure du taux d'expansion à quelque époque que ce soit au cours des 13 milliards d'années depuis le Big Bang. Des chercheurs de l’Irfu (CEA) et du CNRS ont joué un rôle majeur dans cette découverte.
Le baryon oscillation spectroscopic survey (BOSS), principale composante de la troisième génération de relevés SDSS, a été le premier à utiliser les gigantesques émetteurs que sont les quasars pour cartographier la distribution du gaz d'hydrogène intergalactique et ainsi mesurer la structure de l'Univers jeune. La sélection des objets à observer est réalisée par des chercheurs de l'institut de recherche sur les lois fondamentale de l'Univers (CEA) et le catalogue de quasars BOSS final est produit par des chercheurs du laboratoire Astroparticule et Cosmologie (CNRS/CEA/Université Paris Diderot/Observatoire de Paris/CNES) et de l’Institut d’Astrophysique de Paris (CNRS/Université Pierre et Marie Curie).
Il y a trois ans, BOSS a utilisé 14 000 quasars pour produire les plus grandes cartes 3D de l'Univers.
Il y a deux ans, avec 48 000 quasars, il a détecté dans ces cartes les oscillations acoustiques baryoniques, témoins des inhomogénéités de l'univers primordial. Aujourd’hui, avec plus de 140 000 quasars, il a obtenu des mesures extrêmement précises de la taille de ces structures, qui ont été présentées lors de la réunion d'avril 2014 de la société américaine de physique à Savannah, en Géorgie.
La procédure et les outillages d’assemblage des tronçons de la cavité RFQ du projet Spiral2 ont été validés à Saclay. Les deux tronçons ont été assemblés avec succès, permettant ainsi de valider l’obtention de la précision drastique requise pour les aligner ainsi que le niveau d’étanchéité necessaire pour y faire régner l’ultra vide. Les tronçons ont été démontés et sont prêts à être expédiés au GANIL où le montage final va débuter le 8 septembre.
Rôle d’une cavité accélératrice RFQ
L’Irfu a en charge les études, la réalisation, le montage et la mise en service au GANIL de la cavité accélératrice RFQ (Radio Frequency Quadrupole) de Spiral2. Cette cavité en cuivre pur est placée à la sortie des lignes « basse énergie » qui conduisent les faisceaux continus issus des sources de particules jusqu’à elle (voir aussi L'injecteur de SPIRAL2 prêt à déménager au Ganil, juillet 2012). Son rôle est de regrouper les particules en paquets (88 millions de paquets par seconde), tout en commençant à les accélérer jusqu’à 3 MeV (et pour une intensité allant jusqu’à 5 mA), afin de pouvoir ensuite les injecter dans l’accélérateur linéaire supraconducteur.
La cavité RFQ est composée de cinq tronçons de cuivre de 1 m de longueur, et pesant 1,6 tonnes chacun. La puissance RF installée nécessaire à son fonctionnement est de 240 kW en continu. La thermalisation de la cavité est assurée par une circulation complexe d’eau à température régulée.
