Développement d’un spectromètre de masse à temps de vol pour l’étude des propriétés fondamentales des noyaux exotiques auprès du GANIL et de SPIRAL 2

Le but de cette thèse est le développement d’un prototype de spectromètre de masse à temps de vol, appelé « Multi-Reflection Time-of-Flight Mass Spectrometer » ou MR ToF MS en vue de son utilisation future auprès des installations SPIRAL1, S3 et DESIR de SPIRAL2. Un seul spectromètre de ce type est actuellement en opération auprès d’une installation produisant des faisceaux d’ions radioactifs [1, 2].  Les applications de ce type de piège à ions sont multiples. Le MR ToF MS permet non seulement la séparation en masse des isotopes radioactifs isobares mais aussi l’étude des propriétés fondamentales des noyaux exotiques produits à basse énergie : par exemple la mesure des masses atomiques des isotopes de court temps de vie, l’étude de leur décroissance radioactive in – situ ou en dehors du piège. Il peut être couplé à d’autres  dispositifs tels que des pièges électromagnétiques, ou une cellule gazeuse permettant l’étude par spectroscopie laser en source ou en jet supersonique d’autres propriétés fondamentales des noyaux (rayons carrés moyens, moments, spins…)

Une fois développé le prototype de MR ToF MS devrait bénéficier à 3 installations présentes et futures au GANIL : la ligne basse énergie actuelle LIRAT [3,4], et les futures installations DESIR [5] et S3 [6] de SPIRAL2. Afin de répondre aux besoins spécifiques de ces installations, le prototype devra permettre d’obtenir d’excellents pouvoirs de résolution et de séparation en masse (R>10⁴), pour des intensités de faisceaux radioactifs allant jusqu’à quelques 10⁶ ions per seconde (la limite actuelle avec ce dispositif étant inférieure de 1 à 2 ordres de grandeurs). Pour atteindre ces objectifs il sera proposé au doctorant de réaliser, avant d’entreprendre le développement du prototype :

•  Des simulations des effets collectifs de charge d’espace et des collisions coulombiennes dans le MR ToF MS (initiés si possible durant le stage M2)
• Des tests avec faisceau stable à l’université de Greifswald et faisceau radioactif au CERN
  

Le projet du MR ToF MS est au centre de plusieurs collaborations internationales qui contribueront à différents niveaux à son développement: Université de Greifswald – GANIL, GANIL – LPC, collaborations S3 et DESIR. Le prototype de MR ToF MS sera testé et mis en opération auprès de l’installation SPIRAL du GANIL. Si le temps le permet, la participation à une ou plusieurs expériences de physique utilisant le MR ToF MS sera encouragée. 

[1] : http://isoltrap.web.cern.ch/isoltrap/.

[2] : http://www6.physik.uni-greifswald.de/index.html

[3] : http://pro.ganil-spiral2.eu/laboratory/experimental-areas/lirat/the-lirat-line

[4]: http://caeinfo.in2p3.fr/article108.html

[5] : http://www.cenbg.in2p3.fr/PIPERADE-A-Penning-trap-for-DESIR

[6] : http://pro.ganil-spiral2.eu/spiral2/instrumentation/s3/s3-at-ganil

Compétences souhaitées :

compétences et connaissances en instrumentation, en programmation, simulations, bon niveau académique, bon niveau d’anglais