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Guides et infrastructures de transport des neutrons
Notre expertise couvre la conception globale des systèmes de guides de neutrons, des enceintes sous vide, des systèmes d'alignement et de l'ensemble de l'infrastructure de soutien associée. De l'insert du tube de faisceau H1-H2 dans le réacteur jusqu'aux instruments neutroniques, nos conceptions répondent aux défis spécifiques du transport des neutrons, en intégrant une ingénierie de précision destinée à optimiser leur acheminement vers chaque instrument.
La conception mécanique, l'installation et l'alignement de ces systèmes sont réalisés en interne par les services mécaniques de l'ILL, ce qui en fait certains des projets de guides de neutrons les plus ambitieux et les plus complexes de toute la communauté de la diffusion de neutrons.
Dans le cadre du programme Endurance, cinq grands projets de guides ont été menés à bien avec succès, aboutissant à près d'un kilomètre de nouveaux guides de neutrons haute performance :
- guides internes au réacteur H1-H2, thermiques et froids (280 m)
- guide froid multi-branches H15 (330 m)
- guide thermique à double branche H24 (210 m)
- guide focalisant elliptique H16 (45 m)
- guide focalisant à focale variable H112 (11 m)
Contact
Jérôme Beaucour
Chef de service
beaucour@ill.fr
Tel. +33 4 76 20 79 77
H1-H2 : GUIDES INTERNES AU RÉACTEUR
Tous les 15 ans environ, le tube de faisceau H1-H2 doit être remplacé en raison des dommages liés à l'irradiation, afin de garantir l'intégrité structurelle de ce composant critique du réacteur. Cette opération est aussi l'occasion de remplacer les guides de neutrons internes au réacteur, montés sur ce que l'on appelle le plateau, à l'intérieur du tube de faisceau. Ces guides se dégradent en effet avec le temps sous l'effet de l'exposition aux rayonnements, et leur remplacement permet d'installer une optique plus performante et d'optimiser leur géométrie pour améliorer l'extraction des neutrons.
Afin de renforcer davantage la sûreté du réacteur, 48 mètres supplémentaires de guides de neutrons ont été installés sur les 11 traversées de guides reliant le bâtiment réacteur au hall de guides ILL7, renforçant ainsi le système face aux événements sismiques et améliorant sa robustesse globale.
H16 (IN5) : GUIDE FOCALISANT ELLIPTIQUE
Les guides de neutrons convergents, bien que n'étant pas un concept nouveau, connaissent des applications croissantes grâce au développement des supermiroirs à angle critique élevé, qui permettent un meilleur contrôle et une meilleure optimisation du transport des neutrons. Ces guides focalisants améliorent les performances en réduisant progressivement la section du guide — horizontalement, verticalement, ou dans les deux directions —, ce qui accroît la divergence des neutrons à l'intérieur du guide. Ce processus transforme un faisceau de neutrons initialement large et peu divergent en un faisceau hautement divergent, concentré sur une surface plus réduite, produisant ainsi un faisceau plus intense en sortie du guide.
H24 : GUIDE À DOUBLE BRANCHE POUR NEUTRONS THERMIQUES
Le guide H24 a été remplacé par un guide à double branche de 110 mètres de long, doté de revêtements supermiroirs, améliorant considérablement le transport des neutrons vers les instruments situés en aval. Le nouveau guide utilise des revêtements à angle critique plus élevé, allant jusqu'à m = 3, et introduit un élégant design en « trompette courbe commune ».
Cette approche tire parti des différents rayons de courbure des sous-branches aval H241 (R = 14 000 m) et H242 (R = 8 000 m), permettant au guide de s'élargir progressivement sur 22 mètres, avec une divergence m = 2. Au fil de sa courbure, le guide se divise naturellement en deux branches distinctes, avant de se subdiviser à nouveau en cinq positions terminales. Cette configuration alimente ainsi plusieurs instruments en neutrons : XtremeD, CT2 et FIPPS accèdent respectivement aux sections inférieure, médiane et supérieure de H241, tandis que D10+ et IN13 utilisent les sections inférieure et supérieure de H242. L'installation du nouveau guide, ainsi que les travaux de génie civil associés, ont été réalisés pendant le long arrêt H1-H2 de 2022.
Le nouveau guide H24 délivre environ trois fois plus de neutrons que l'ancien guide m = 1, principalement grâce aux revêtements à angle critique accru du nouveau guide m = 2 (avec un facteur de gain théorique de quatre lors du passage d'une divergence m = 1 à m = 2). Ce flux et cette divergence accrus peuvent être pleinement exploités par les instruments modernisés, avec des gains de performance globaux dépassant un ordre de grandeur pour des instruments tels que le diffractomètre monocristal D10+.
H15 : GUIDE MULTI-BRANCHES POUR NEUTRONS FROIDS
Le nouveau guide de neutrons froids H15 remplace l'un des derniers guides d'origine encore en service, installés en 1972 en même temps que la première génération d'instruments de l'ILL. Les instruments à neutrons froids tirent généralement le plus grand bénéfice de positions dédiées en bout de guide. Historiquement, cela n'était pas toujours possible : les performances étaient alors limitées par les monochromateurs en amont, ainsi que par la nécessité de partager la section d'un même guide entre plusieurs instruments.
Outre les guides de neutrons courbes plus classiques, le guide H15 intègre divers dispositifs d'optique neutronique permettant de séparer efficacement ses différentes branches. Il s'agit notamment de déflecteurs polarisants et non polarisants pour D11 et D007, ainsi que de guides convergents (D007) et de guides focalisants elliptiques (SHARPER), garantissant un acheminement des neutrons optimisé et adapté aux besoins spécifiques de chaque instrument.
