Les neutrons sur la piste de décollage

Au repos depuis quatre ans, les neutrons volent à nouveau dans l’installation n_TOF (mesure du temps de vol des neutrons), qui vient d’être remise en service avec une nouvelle cible.

La nouvelle cible de l’installation n_TOF en cours de soudage dans les ateliers du CERN.

L’installation n_TOF, inaugurée en novembre 2000, a été exploitée avec succès pendant quatre ans, mais a dû être arrêtée en 2004 en raison d’un problème technique. Après quatre années de repos, n_TOF vient d’être remise en service dans l’objectif d’obtenir des premiers résultats avant l’arrêt hivernal.

Le 10 novembre, l’équipe a lancé avec succès la première phase de mise en service de la nouvelle cible de n_TOF. Après avoir bataillé pendant quatre heures à basse intensité pour régler des quadripôles, elle a finalement réussi à obtenir un faisceau de bonne qualité centré sur la cible. L’intensité a été augmentée au-dessus du seuil de détection et la plupart des détecteurs ont été déclenchés comme prévu, montrant des événements compatibles avec les prédictions.

Conçue d’après une idée de Carlo Rubbia, l’installation n_TOF étudie les effets des neutrons sur la matière. Un faisceau de protons en provenance du Synchroton à protons (PS) percute une cible de plomb et produit un intense faisceau de neutrons par effet de spallation. La cible est refroidie à l’eau, qui sert aussi de modérateur neutronique. Mais en 2004, un problème est apparu dans le système de refroidissement et l’installation a dû être arrêtée. La nouvelle cible, installée il y a trois semaines, est beaucoup plus complexe que la précédente et dispose d’un système de refroidissement entièrement repensé.

La décision de remettre en service l’installation n_TOF a été prise en février dernier. Depuis, une équipe motivée de personnes issues de différents départements a travaillé d’arrache-pied pour concevoir et construire la nouvelle cible à temps pour obtenir de premiers résultats avant l’arrêt du PS, le 12 novembre. « Après la première séance de réflexion, nous ne disposions que de 35 semaines pour achever la cible – un véritable défi compte tenu non seulement de la complexité de la conception, mais aussi du respect des règles de sécurité et de radioprotection, particulièrement contraignantes dans ce projet », souligne Paolo Cennini, le coordinateur technique.

L’installation n_TOF a pour but de mesurer avec précision la section efficace des neutrons pour divers éléments radioactifs. Les données obtenues peuvent servir à un large éventail d’applications, allant de l’astrophysique à la transmutation de déchets radioactifs dangereux en déchets plus stables et moins nocifs.

La transmutation nucléaire, la transformation d’un élément ou isotope en un autre, est la conséquence d’une réaction nucléaire. Un élément radioactif peut transmuter naturellement en un élément plus stable en se désintégrant spontanément. Mais des transmutations peuvent également se produire artificiellement par irradiation avec des neutrons à l’énergie requise. « L’exposition d’un élément quelconque à un flux de neutrons peut produire un effet, mais celui-ci dépend fortement de l’énergie des neutrons, explique Paolo Cennini ; autrement dit, la transmutation d’un matériau est possible, mais seulement à des niveaux d’énergie des neutrons très précis ».

Les neutrons produits par le faisceau de protons projetés sur la cible se déplacent à l’intérieur d’un tube à vide sur une distance de 185 mètres avant de percuter l’échantillon à mesurer. La longue trajectoire des neutrons permet d’obtenir un temps de vol en fonction de l’énergie cinétique des neutrons et, ainsi, une résolution en énergie très élevée.

L’installation est capable de produire un flux dense de neutrons sur un grand intervalle d’énergie (entre 1 ev et 1 Gev), avec une bonne résolution en énergie sur l’ensemble de l’intervalle. Cette caractéristique est essentielle pour obtenir des données permettant d’évaluer les sections efficaces des neutrons. n_TOF est l’une des installations les plus performantes du monde pour sa capacité de fonctionner avec une résolution en énergie et une intensité si élevées, sur un si grand intervalle d’énergie.

La Collaboration n_TOF prépare déjà de nouvelles propositions en vue de mesures prévues pour 2009, dès que l’installation sera pleinement opérationnelle.