Grand accélérateur national d'ions lourds

Le projet de construction d'un accélérateur a débuté en 1973. La construction du laboratoire a été acceptée en 1975 et la première expérience utilisant un faisceau d’ions lourds accélérés (faisceau d'argon) a été réalisée en 1983. La montée progressive en énergie et en puissance des faisceaux d’ions disponibles au Ganil a ouvert dans le milieu des années 1990 un nouveau champ d’étude portant sur les propriétés des noyaux dits « exotiques » parce que n’existant pas sur Terre à l’état naturel.

En 2001, un nouveau dispositif de production d’ions exotiques est mis en service : l'installation SPIRAL. La construction d’une nouvelle installation appelée « SPIRAL2 » a été officiellement décidée en 2006. Sa première phase devrait être opérationnelle fin 2015.

Les faisceaux d’ions très énergétiques du Ganil constituent un rayonnement très pénétrant. Ils sont exploités en physique des matériaux et en radiobiologie pour étudier l’influence de ce rayonnement sur la matière (physique atomique et des matériaux) et sur le vivant (radiobiologie).

Accélérés à plus haute énergie, ces faisceaux d’ions sont utilisés pour étudier le noyau atomique et les forces fondamentales qui agissent en son sein (voir Réactions nucléaires avec des ions lourds). La production de noyaux exotiques dans des réactions de collision nucléaire permet notamment de mieux comprendre comment les noyaux sont synthétisés dans les étoiles, et de quelle manière les nucléons constituant le noyau atomique interagissent entre eux.

En 2011, les faisceaux d’ions du Ganil ont été utilisés par environ 550 chercheurs du monde entier[3].

Les faisceaux d'ions du Ganil sont produits par deux sources d'ions indépendantes grâce à une bouteille de gaz (argon, xénon, oxygène, etc.) ou une poudre solide (fer, nickel, uranium, etc.) qui sera sublimée et effusée dans un plasma. Les ions ainsi produits sont ensuite accélérés par un premier cyclotron appelé « C0 » (respectivement C01 et C02). En sortie, les ions ont une énergie de l'ordre du MeV par nucléon et peuvent être dirigés vers la ligne d'irradiation à basse énergie IRRSUD où ont lieu des expériences de physique interdisciplinaire. Sinon, ils sont injectés dans un premier cyclotron à secteurs séparés (CSS1) qui les amène à une énergie en sortie de l'ordre de la dizaine de MeV par nucléon. Ils passent alors dans un éplucheur qui permet d'arracher un certain nombre d'électrons aux ions et ainsi améliorer les futures accélérations. À ce moment, ils peuvent être envoyés dans la sortie à moyenne énergie SME ou poursuivre leur route dans l'accélérateur. Ils entrent alors dans un second cyclotron identique au premier, CSS2 et en sortent avec une énergie de l'ordre de la centaine de MeV par nucléon. Ils sont alors envoyés dans l’arrête de poisson qui distribue le faisceau dans les différentes chambres d'expériences. Le Ganil permet ainsi de disposer en parallèle d'un faisceau en haute énergie (C0+CSS1+CSS2), d'un faisceau en moyenne énergie (C0+CSS1) imposé par la haute énergie et d'un faisceau en basse énergie (C0) indépendant des autres grâce à la seconde source d'ions.

De plus, le Ganil dispose également d'un second accélérateur de très basse énergie, ARIBE (Accélérateur pour les recherches avec des ions de basses énergies). Il se compose d'une simple source ECR pouvant produire des faisceaux gazeux jusqu'à des énergies de 500 keV.

Les physiciens qui sont amenés à travailler au Ganil choisissent la ligne qui les intéresse en fonction de différents critères. Un physicien nucléaire s'intéressera aux lignes de haute énergie avec une grande intensité pour pouvoir, par exemple, produire des noyaux exotiques tandis qu'un physicien des matériaux choisira la ligne en fonction du type de dépôt en énergie qu'il souhaite avoir, électronique (haute énergie) ou nucléaire (basse énergie).

Plusieurs éléments ont été synthétisés à l’aide de l’accélérateur du Ganil. Parmi les découvertes les plus importantes, on peut noter :

• la synthèse de noyaux d'unbinilium et d'unbiquadium en 2008[4] - [5] ;
• la synthèse de noyaux doublement magiques tels que le nickel 48[6] ou l’étain 100 conjointement avec le GSI[7] ;
• la synthèse de noyaux d’hydrogène 7 ultra riche en neutrons[8] ;
• la découverte de la radioactivité 2-protons qui conduit à l’émission simultanée de deux protons[9].

Le Ganil compte en 2015 vingt-cinq physiciens permanents qui pour certains ont reçu une distinction nationale. Parmi ceux-ci, on peut citer Denis Lacroix qui a reçu la médaille de bronze du CNRS en 2001[10] alors qu’il était en poste au LPC Caen, Antoine Lemasson qui a reçu la médaille de bronze du CNRS en 2018[11] ainsi qu’Olivier Sorlin qui a reçu la médaille d'argent du CNRS en 2010[12]. Jean-Claude Foy, responsable technique du projet NFS, Neutron For Science, a reçu le cristal du CNRS en 2021. En 2022, Anthea Fantina, chercheuse au GANIL reçoit le prix Thibaud de l’Académie des Sciences, Belles Lettres et Arts de Lyon.pour ses recherches sur l’impact des propriétés nucléaires dans des environnements astrophysiques extrêmes. Sydney Galès qui a été directeur du Ganil de 2005 à 2011 a également reçu plusieurs distinctions scientifiques et honorifiques.

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