Etude et test d'un module accélérateur supraconducteur pour le projet Spiral2

307 Pages·2017·13.93 MB·French

by  D. Longuevergne

Etude et test d’un module accélérateur supraconducteur
pour le projet Spiral2
D. Longuevergne
To cite this version:
D. Longuevergne. Etude et test d’un module accélérateur supraconducteur pour le projet Spiral2.
Physique Nucléaire Théorique [nucl-th]. Université Paris Sud - Paris XI, 2009. Français. ￿NNT: ￿.
￿tel-00448271￿
HAL Id: tel-00448271
https://theses.hal.science/tel-00448271
Submitted on 18 Jan 2010
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Université Paris XI - Orsay
Institut de physique Nucléaire - Orsay

THESE

Présentée pour obtenir le grade de DOCTEUR ès Sciences
de l‟université Paris XI

Spécialité : Physique

Par

David LONGUEVERGNE

Etude et test d’un module accélérateur
supraconducteur pour le projet Spiral2

Soutenue le 19 novembre 2009 devant le jury composé de :

M. Jean Delayen (rapporteur)
M. Daniel Gardès (directeur de thèse)
M. Marcel Jacquemet
M. Guillaume Martinet
M. Alban Mosnier (rapporteur)
M. Guy Wormser (président du jury)
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A ma chère maman

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« Sans la science, on ne peut rien comprendre au monde
moderne. Rien n’est plus important que de donner aux
jeunes l’éducation dont ils ont besoin, qui fera d’eux des
hommes et des femmes libres, capables de comprendre
l’Univers qui les entoure. Il le faut, d’urgence, avant que des
gourous, des marchands, des adorateurs de légendes ou des
illuminés aient le temps de s’emparer d’eux. Qu’ils aient des
savants le vrai savoir et des prophètes la lucidité et l’action
éclairée. »

De Georges Charpak et Roland Omnès, « Soyez savants,
devenez prophètes »

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Remerciements
Remerciements

Je tiens à remercier tout d‟abord Daniel Gardès, directeur de la division
accélérateur de l‟IPNO pour m‟avoir pris sous sa tutelle ainsi que Sébastien Bousson pour
son encadrement et l‟établissement du sujet et du contrat de thèse.
Grand merci à Guillaume Martinet pour son encadrement, son suivi durant ces
trois années de thèse.
Je suis également très reconnaissant à Guillaume Olry pour son encadrement et
pour sa patience tout particulièrement pour les questions pièges du vendredi soir de 17h30.
Merci au groupe électronique, spécialement à Jean Lesrel et Christophe Joly pour
qui la RF n‟a plus aucun secret sauf un : est-ce que cela a déjà fonctionné correctement et
sans encombres ?
Sans oublier Hervé Saugnac, responsable des cryomodules B à l‟IPN et le corps
technique composé de Mathieu Labaste, Frédéric Chatelet, Nourredine Hammoudi, Alain
Stephen, Philippe Szott, Didier Grolet et Guy Michel pour leur aide durant la préparation
des tests en cryostat vertical et cryomodule ainsi que les gens du bureau d‟étude et tout
spécialement Sébastien Blivet.

J‟exprime ma gratitude à tous les gens de la cryogénie sans qui les cavités ne
pourraient s‟exprimer : Christian Commeaux pour sa précieuse aide pour la mise en place
de la zone de test du cryomodule, Gérard Rouillé, Claude Dodray et François Galet pour
leur disponibilité concernant l‟approvisionnement des bouteilles d‟hélium.

Le travail administratif sous-jacent a été géré parfaitement puisque j‟y ai été que
très rarement confronté. Grand merci à Virginie Laurencier, Laurence Mathis et Christelle
Lalanne.

Ce travail de thèse a été fait en collaboration avec le GANIL et le LPSC. Grand
merci à Yollanda Gomez-Martinez, responsable des coupleurs de puissance Spiral2, Robin
Ferdinand, coordinateur des cryomodules Spiral2 et Marco Di Giacomo, responsable des
sources RF pour leur aide durant les tests.

Je souhaite également remercier tous les gens que j‟ai pu côtoyer au jour le jour, à
l‟occasion des pauses café, pour l‟ambiance conviviale régnant dans les locaux. Merci aux
confrères et consœurs thésards: Medhi, Lucija, Antoine et Aurelien et bonne chance au
suivant : Frédéric, un compagnon de bureau ainsi qu‟un combattant au badminton hors pair.

Et finalement aux plus chers à mes yeux, à toute ma famille mon père, mon frère,
mes grands-parents, et ma chère et tendre Capucine, merci pour votre soutien.
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Remerciements

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Table des Matières
Table des Matières
REMERCIEMENTS ----------------------------------------------------------------------------------- 7
TABLE DES MATIERES ----------------------------------------------------------------------------- 9
INTRODUCTION ------------------------------------------------------------------------------------- 15
PARTIE 1 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 19
SPIRAL2, UNE EXTENSION DU GANIL EXISTANT ----------------------------------------- 19
1. QU’EST CE QUE SPIRAL2 ------------------------------------------------------------------------- 21

1.1 LE GANIL AVANT SPIRAL2 ------------------------------------------------------------------------- 23

1.2 UNE REPONSE AUX EXIGENCES DE LA PHYSIQUE NUCLEAIRE ACTUELLE --------------------- 25
1.2.1 Historique -------------------------------------------------------------------------------------------- 25
1.2.2 Les performances recherchées -------------------------------------------------------------------- 25
1.2.3 Présentation de l’installation --------------------------------------------------------------------- 27

1.3 AUTRES PROJETS ASSOCIES, EN BREF -------------------------------------------------------------- 28
1.3.1 Les débuts : PARRNe ------------------------------------------------------------------------------ 28
1.3.2 La photofission : ALTO --------------------------------------------------------------------------- 28
1.3.3 Le futur : EURISOL ------------------------------------------------------------------------------- 28

2. L’ACCELERATEUR LINEAIRE -------------------------------------------------------------------- 31

2.1 POURQUOI LE CHOIX D’UN ACCELERATEUR LINEAIRE SUPRACONDUCTEUR ----------------- 33
2.1.1 Les différents types d’accélérateurs existant et leur capacités d’accélération ------------ 33
2.1.2 Mise en concurrence et justification du choix pour Spiral2 --------------------------------- 35
2.1.3 Vue d’ensemble ------------------------------------------------------------------------------------- 36

2.2 L’INJECTEUR ------------------------------------------------------------------------------------------- 37
2.2.1 Les sources d’ions ---------------------------------------------------------------------------------- 37
2.2.2 La section basse énergie : le conditionnement du faisceau ---------------------------------- 38

2.3 L’ACCELERATEUR SUPRACONDUCTEUR ET LES CRYOMODULES B ---------------------------- 40
2.3.1 Les boites à vannes et cryostat ------------------------------------------------------------------- 41
2.3.2 Les cavités accélératrices Spiral2 ---------------------------------------------------------------- 44
2.3.21 Présentation générale ----------------------------------------------------------------------------- 44
2.3.22 Présentation mécanique -------------------------------------------------------------------------- 44
2.3.23 Présentation électromagnétique ----------------------------------------------------------------- 46
2.3.3 Les coupleurs de puissance ----------------------------------------------------------------------- 48
2.3.4 Système d’accord en fréquence ------------------------------------------------------------------ 50
2.3.5 Les systèmes annexes ------------------------------------------------------------------------------ 52
2.3.51 Les systèmes de pompage ----------------------------------------------------------------------- 52
2.3.52 Les diagnostiques --------------------------------------------------------------------------------- 52
PARTIE 2 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 55
LA SUPRACONDUCTIVITE ET LES CAVITES ACCELERATRICES --------------------- 55
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