Sandrine Tusseau-Nenez

1. Sandrine Tusseau-Nenez Inauguration le 13 mai 2013 2ième Workshop 14-15 mai 2013 : la physique auprès de l’installation ALTO Unité mixte de recherche CNRS-IN2P3 Université Paris-Sud 11 91406 Orsay cedex http://ipnweb.in2p3.fr

2. INAUGURATION 2013 BEDO commissioning 2012 Autorisation exploitation 2011 first laser ionized RIB 2010 137Xe->137Cs et 139Xe->139Cs, 1ere exp. "fast-timing" 2009 building of the low energy beam lines + laser ion source Commissioning : tests and radiation safety measurements TIS vault 84Ga -> 84Ge b-decay 2008 2007 UCx target on line with e-beam –1st production yields measurements 2006 First e-beam extracted 2005 RF system 2004 construction of the LINAC bunker 2003 81Zn -> 81Ga b-decay 2002 arrival of the LINAC cavity from decommissioned LEP injector 83Ga -> 83Ge b-decay 2001 exploratory photofission experiment at CERN 2000 1999 initial idea of a R&D test bench for the SPIRAL2 project at the Orsay Tandem ISOL available at TANDEM PARRNe mass-separator on line 1998

3. ALTO ? ISOL (Isotope Separator On-Line) décroissance β-decay : BEDO/TETRA Orientation en ligne des noyaux: POLAREX SPLIT POLE ORGAM phase2 ligne 320 BACCHUS ISOL installation ligne 410 E-LINAC 50 MeV Labo sources d’ions SIHL ligne 420 ORGAM phase1 LABO UCx Labo couches minces Faisceaux de agrégats / moléculaires TANDEM: 15 MV Van de Graaff Lignes de faisceaux radioactifs Faisceaux stables sans spectromètre Faisceaux stables avec spectromètre Une installation complexe, avec de nombreuxéquipements : 2 accélerateurs, 2 séparateurs hors-ligne et en-ligne, 2 spectromètres haute résolution, 8 lignes de faisceaux et un laboratoire de fabrication des cibles de carbured’uranium.

4. Accelerateurlineaire (AL …) Faisceau de 10 µA d’électrons ayant une énergie de 50 MeV  bombarder une cible en carbure d’uranium Convertisseur : électrons  photons : photofission du carbure d’uranium à 2000°C sous vide secondaire Empilement de 80 pastilles de carbure d’uranium UC2 + graphite 16,25 mm

5. Et tandem d’orsay (…TO) Et Tandem d’Orsay : Faisceaux de noyaux stables: Les réactions et désintègrations induites fournissent des indices sur la nature intrinsèque des noyaux, comportements des protons et les neutrons. Les faisceaux de protons et deutons : tester et optimiser les composants électroniques qui seront utilisés dans les missions spatiales . Faisceaux de nanoparticules: faisceauxd’aggrégats (ie des centainesd’atomes pour les goutellettesd’or) qui bombardent des surfaces à l’échellenanométrique : changementsprofondsdans la matière. ex : création de diamantdans le carboneouéjection de moléculesintactes de tissusbiologiques. Cible 14C Faisceaux de noyauxradioactifs : développementd’une source de 14C à partir d’un mélange de poudre graphite + 14C 3 mm

6. Les chiffres de l’annee 2012 30 personnes environ Opérations et développements  Faisceaux et instrumentation • Pour les 2 accélérateurs : 29 semaines (4000 h) • Tandem : 23 semaines • Linac : 6 semaines • Faisceaux produits: p, D, 3He, 4He, 7Li, 12C, 13C, 14C, 24Mg, 31P, 32S, 40Ca, 48Ca, 127I, Cn, CnHm • 20 % ions légers (p4He,) 60 % ions lourds (7Li  127I) et 20% d’agrégats (Cn, CnHm) • 45 % de faisceaux pulsés Une grande variété de faisceaux * Compensation des heures de coupure par du temps supplémentaire notamment pris sur les week-ends

7. Production du LINAc

8. LINAC : Une usine a fabriquer des noyaux exotiques • Une méthode de production : • La fabrication des cibles épaisses • La photofission  produits de fission riches en neutrons qui diffusent hors de la cible vers une source d’ions. • Sources d’ions: 2 types de source d’ionisation • Par plasma (FEBIAD- forced electron beam induced arc discharge) • De surface • Sélection du faisceau et sa pureté: • ISOL : Isotope Separation On-line, type PARRNe • RIALTO : laser ResonanceIonisation@ALTO • Les détecteurs : • Service détecteurs de la DA R&D Améliorer les intensités des faisceaux délivrés : Optimiser la fabrication des cibles Augmenter les rendements Sélectivité des noyaux produits

9. R&D developpement de cibles Ucx haute densité Etudier la microstructure des pastilles  relâchement des produits de fission Multiparamétrique : influence taille/forme des grains des poudres, conditions de pressage et conditions de carburation sur la porosité et structure des pastilles obtenues Mélange de poudres : 3 voies de synthèse + broyage Pressage 3 à 6 GPa Pastilles crues Carburation: Frittage réactif à 1800°C Pastilles frittées • DRX, pycnométrie He, porosimétrie Hg, BET et granolumétrie laser @ • MEB/EDS suréchantillonsradioactifs @ • MEB/EDS suréchantillons non radiactifs (La2O3 etc...) @ • FX et DRX haute résolution @

10. Tests d’irradiation en ligne : mars 2013 1ers tests : Hy et al., NIMB, 288 (2012) 34–41 Propriétés de relâchements des pastilles UCx Quantité de produits de fissions restant après irradiation et chauffage, corrélation à la microstructure ? Detector 1 Detector 1 P1 P2 FOUR 1700°C/30 min Vide secondaire Refroidissement 10 min70°C Deuterons 27 MeV 20 nA Graphite converter Activité initiale P1 et P2 Activité finale P1 et P2 Neutrons 20 min irradiation 30 min attente Detector 2 Detector 2 Tambiante : produits de fission (FPs) Coll. ACTILAB

11. Microstructure & relâchements Porosité liée au graphite craquelures Craquelures en surface PARRNe : reff= 8.1 g.cm-3 Popen= 32 % UC2 Porosité des agrégats De UC2 graphite Porosité des agrégats De UC2 Porosité autour des CNT UC2 pousse sur CNT UC2 CNT (nanotubes de C): reff= 8.5 g.cm-3 Popen= 59 % Réseau de CNT + UC2 Mesures de relâchements: Cible CNT testée Janvier 2014

12. R&D Fluoration Augmenter les rendements Coll. IPNO (DR/DA), CSNSM, ICMMO Université Paris Sud, LISA Université Paris Diderot, TANDAR (Argentine) et INRNE (Bulgarie) Production de faisceaux hors-ligne à partir de pastilles de graphite et d’oxydes de lanthanides Caractérisations physico-chimiques (DRX, FX, MEB/EDX) avant et après fluoration Pastilles graphite + oxydes de terre rares Source d’ions  Ionisation   + CF4 Séparateur de masse

13. Série graphite + Eu + Sm + Ce + Yb + Pr MEB : Surface de la pastille après fluoration EDX : analyse des particules en surface MEB : Surface de la pastille avant fluoration Sm Yb Eu Pr Analyse DRX : 00-041-1487 Graphite 00-015-0813 Sm2O3 00-034-0392 Eu2O3 00-034-0394 CeO2 00-041-1106 Yb2O3 00-047-1111 Pr2O3 Pr La Yb La Eu Lb1 Ce La Eu La Sm Lb Sm La Ce Lb Yb Lb1 Yb Lb2 Eu Lb2

14. R&d fluoration Vérification de l’absence de corrosion du CF4 Détermination des conditions optimales de fonctionnement en ligne Conditions d’arc Quantité de CF4

15. Tous les tests hors-ligne Tests en juillet 2013 en cours de dépouillement Tests en ligne sur ALTO prévus en 2014

16. L’installation laser • Démarrage des deux nouveaux lasers à colorants (Radiant Dyes) et mise en place de nouveaux chemins optiques (chemins indépendants) avec la collaboration du CERN Sélection en masse par l’aimant séparateur faisceau d’électrons laser ionisation extraction photofission 624 keV 2+→0+ 84Ge rouge : ionisation laser, quelques heures de faisceau Décembre 2012 : Validation de l’installation laser avec les faisceaux de Ga stables 1ère exp. avec les 2 schémas d’ionisation du Ga bleu : statistique totale ionisation de surface thèse de M. Lebois Expérience en ce moment ! Ionisation de Zn

17. Merci de votre attention

18. Voyage en terra incognita La carte des noyaux Carrés noirs : noyaux stables + radioactifs à longue durée de vie = la vallée de stabilité Jaune : domaine des noyauxinstables, déjà étudiés en additionnantousoustrayant des neutrons ou protons Des milliers de noyauxradioactifs loin de la vallée de stabilitérestent à explorer = "terra incognita" en vert. Masses 80 à 130 Comment les protons et les neutrons interagissent? Comment les éléments lourds sont-ils formés dans l’univers? Comment améliorer la sécurité dans l’industrie nucléaire?