Un outil majeur de recherches en Physique Nucléaire

Après les nombreuses découvertes qui ont jalonné l’exploration de l’infiniment petit au siècle dernier, découvertes de la radioactivité, du noyau, de la radioactivité artificielle, de la fission etc.,  la physique nucléaire est devenue une discipline majeure de la physique. Elle a même donné naissance à une nouvelle discipline, la physique des particules. La France dispose depuis un demi siècle d’un Institut pour ces deux discipline, l’Institut de Physique Nucléaire et de Physique des Particules, l’IN2P3.

La physique nucléaire moderne ne se limite plus à l’étude des 290 noyaux de la vallée de stabilité qui composent notre environnement. Près de 2800 noyaux instables, appelés exotiques, ont pu être synthétisés à ce jour. Bien davantage restent à découvrir. Ces noyaux qui ont disparu ont été produits au début de notre univers et sont à l’origine d’une partie de la matière qui nous entoure. Aujourd’hui de puissants accélérateurs permettent de recréer ces objets éphémères, et plus généralement d’explorer les états de la manière nucléaire. La France dispose d’une puissante installation de ce type, avec l’accélérateur GANIL.

L’accélérateur GANIL (Grand accélérateur National d’Ions Lourds) est installé à Caen en Normandie. Il est piloté par le CEA et le CNRS/IN2P3. Cet accélérateur, constitué principalement de deux accélérateurs de type cyclotron, permet de produire des faisceaux d’atomes ionisés puis accélérés jusqu’à 100 MeV par nucléon (approximativement 1/3 de la vitesse de la lumière). Démarré en 1983, ce laboratoire accueille chaque année plusieurs centaines de chercheurs français, européens et internationaux pour y réaliser des expériences. Depuis bientôt deux décennies, le GANIL accélère des faisceaux de noyaux radioactifs avec l’installation SPIRAL. Le GANIL est au service de la recherche fondamentale et appliquée. Aux faisceaux de grande qualité produits au GANIL, ont été associés des détecteurs de pointe.

Le Ganil accélère à haute énergie des ions obtenus par épluchage d’atomes neutres. Ces ions projectiles entrent ensuite en collision violente avec des atomes au repos d’une cible. Lors de la collision, les noyaux entrent en contact. Une réaction nucléaire se produit qui conduit à la production de nouveaux noyaux, que les physiciens cherchent à identifier dans leurs détecteurs.

Le GANIL est l’un des quatre grands laboratoires au monde pour la recherche avec des faisceaux d’ions. Les domaines d’expérimentation vont de la radiothérapie à la physique atomique et nucléaire, de la matière condensée à l’astrophysique. En physique nucléaire, le GANIL a permis de nombreuses découvertes sur la structure du noyau, sur ses propriétés et sur les noyaux dits « exotiques » n’existant pas à l’état naturel sur Terre.

SPIRAL2 : un nouvel accélérateur au GANIL

Depuis novembre 2016, le GANIL dispose d’un nouvel accélérateur nommé SPIRAL2 (Système de Production d’Ions Radioactifs Accélérés en Ligne de 2ème génération).

Cette installation produit des faisceaux d’ions dix à cent fois plus intenses que ceux disponibles auparavant au GANIL. A l’aide de ces faisceaux de très haute intensité, SPIRAL2 a permis de nouvelles avancées dans la connaissance du noyau atomique, sa structure, ses propriétés thermodynamiques, les noyaux très lourds. La physique et l’astrophysique nucléaires en bénéficieront. SPIRAL2 bénéficie aussi à la recherche appliquée, avec des applications allant de la production de radio-isotopes pour la médecine nucléaire, jusqu’à l’étude de l’impact des flux intenses de neutrons sur les matériaux.