L'accélérateur linéaire 3 (le Linac 3) est en fonctionnement depuis début novembre, afin de profiter au maximum du deuxième long arrêt (LS2) : « Un long arrêt c'est une occasion rare, et précieuse, de réaliser des tests sur la durée, ou de réaliser des tests incompatibles avec le fonctionnement des autres machines », explique Detlef Küchler, physicien spécialiste des sources d'ions. Après plusieurs années de recherche et développement, portant principalement sur la source de l'accélérateur, l'équipe du Linac 3 ne manquait pas de tests à réaliser.
Construit en 1994, le Linac 3 est le point de départ des ions, le plus souvent des noyaux de plomb, utilisés soit pour des collisions dans le LHC soit pour des expériences à cible fixe au CERN. La source à l'origine des faisceaux d'ions est du type ERC (résonance cyclotronique des électrons) : de l'oxygène gazeux et de la vapeur de plomb (quand on utilise du plomb) sont injectés dans la chambre à plasma de la source. Une micro-onde est appliquée, de façon à créer le plasma dans lequel sont ionisés les atomes de plomb et d'oxygène ; le plasma est confiné par un champ magnétique. Au CERN, on utilise la même source pour différents types d'ions.
Une nouvelle forme pour le micro-four
Pour vaporiser le plomb, qui est un métal, le Linac 3 utilise un micro-four : la charge de plomb isotopiquement pur, sous forme solide, est placée dans un petit creuset, qui mesure quelques centimètres et peut contenir jusqu'à 1,5 g de plomb. Le dispositif est chauffé par un courant électrique passant dans un filament qui entoure le creuset. Après un certain temps, généralement deux semaines, il faut remplacer la charge, même si le creuset contient encore environ la moitié du plomb enfourné.
« Nous avons observé qu'il se forme un bouchon d'oxyde de plomb, causé par la condensation de vapeurs de plomb, à l'extrémité du four », explique Toke Kövener, boursier, membre de l'équipe du Linac 3. « Ce bouchon semble être la raison pour laquelle le four ne peut pas faire évaporer la totalité de la charge de plomb. »
Pour empêcher ce phénomène, T. Kövener, pendant son doctorat au CERN, a développé une nouvelle forme de creuset qui déborde de l'extrémité du four. « Ce dispositif s'est montré prometteur lors des tests sur le banc d'essai : il a été possible de faire fonctionner le four jusqu'à épuisement de la charge de plomb », conclut T. Kövener. « J'ai hâte de voir comment il va fonctionner en conditions réelles. » Le nouveau four sera installé pour des essais au Linac 3 début décembre.
Une chambre à plasma à revêtement d'aluminium
« Jusqu'à présent, la chambre à plasma de la source était faite entièrement d'acier inoxydable, mais en janvier nous allons tester une nouvelle enceinte, qui sera en acier inoxydable avec un revêtement interne en aluminium sur une épaisseur de 20 micromètres », explique D. Küchler. En effet, certaines études montrent qu'une chambre en aluminium permet la production d'un faisceau de plus grande intensité. Une question demeure : quelle sera la résistance de ce revêtement ? « En 2005, nous avons utilisé une chambre constituée à 100 % d'aluminium, mais le matériau n'a pas bien résisté ; l'aluminium a rapidement été érodé par le plasma », précise D. Küchler. « Je me demande comment va réagir cette nouvelle chambre. »
Un système d'extraction commandé à distance
Pour produire le faisceau, un système d'extraction prélève les ions plomb dans la chambre à plasma. Ce système est constitué de trois électrodes. La distance entre les électrodes détermine l'intensité et l'émittance (correspondant aux dimensions transversales) du faisceau. Jusqu'à présent, ces distances étaient fixes et ne pouvaient être changées que lorsque la source était ouverte. « Cette année, nous avons remplacé le système d'extraction existant par un nouveau système, dans lequel le faisceau d'extraction principal peut être commandé à distance. Cela permet de mieux régler le faisceau extrait, et pourrait accroître l'intensité du faisceau, avec une émittance améliorée », explique D. Küchler.
Parallèlement à ces tests, les faisceaux produits sont également utilisés pour la mise en service des cavités radiofréquence du Linac 3 et d'un nouveau système de radiofréquence, qui servent à accélérer les ions. L’Anneau d'ions de basse énergie (LEIR) recevra le premier faisceau du Linac 3 en juin de l'année prochaine.