SYNCHRO-CYCLOTRON

1 EXPÉRIMENTATION

1 Généralités

Le synchro-cyclotron devant être prêt à fonc­tionner dans le courant de l'année 1957, tous les travaux préparatoires à l'expérimentation ont dû être entrepris dès 1956

2 Programme de recherches

Un premier programme des expériences à réaliser sur la machine a tout d'abord été étudié

Pour ce faüe, des discussions très poussées ont eu lieu au sein de la Division avec la participation du Professeur Bernardini Les travaux du Symposium du CERN ayant révélé qu'un nombre assez impor­tant d'expériences intéressantes avait été déjà réa­lisées dans le champ des possibilités du synchro­cyclotron, il a été décidé de procéder principalement à des expériences exigeant une très grande p1éci­sion

Le programme ainsi élaboré et qui sera naturelle­ment constamment tenu à jour, a été approuvé par le Comité des Directives scientifiques

Il comporte principalement des expériences avec des faisceaux de protons, de neutrons, de protons polarisés et de mésons 7t et µ

3 Recrutement

Pour mener à bien les expériences envisagées, le recrutement d'un certain nombre de physiciens déjà formés et de boursiers est nécessaire Le nom­bre et la qualité des savants désirés ont été déter­minés et approuvés par le Comité des Directives scientifiques Les engagements ont commencé en 1956 et se poursuiv10nt en 1957

A fin 1956, l'effectif était de 10 physiciens et de 3 boursiers, alors qu'à fin 1957 il sera de 20 physi­ciens et de 27 boursiers

4 Formation des équipes

Un certain nombre d'expériences ont été choisies pour être réalisées par des équipes homogènes du CERN, et l'affectation des savants devant y tra­vailler se fait au fur et à mesure de leur recrutement

29

Il convient de signaler ici que l'installation à Genève d'un Groupe théorique prenant la suite de la Division d 'Etudes théoriques de Copenhague permettra aux équipes d'avoir sur place le concours d'un certain nombre de théoriciens pouvant les aider dans leurs discussions

5 Equipes nationales

Le CERN étant une organisation coopérative à laquelle participent plusieurs pays européens, des équipes de chercheurs en provenance des Etats Membres doivent pouvoir avoir accès à la machine, pour y faire les expériences de leur choix

Les conditions dans lesquelles ces équipes, ou des chercheurs individuels, pourront venir travailler au CERN, ont été longuement étudiées et soumises au Comité des Directives scientifiques La mise à disposition des expérimentateurs de toutes les facilités nécessaires, la manière dont les dépenses seront réparties entre l 'Organisation et les Etats Membres, la fixation des programmes et celle des des horaires de travail de la machine ont fait l'objet de ces études

L'avis du Comité des Directives scientifiques est actuellement étudié avec les délégations des Etats Membres et fera l'objet de décisions définitives du Conseil dans le premier semestre 1957

6 Caractéristiques des faisceaux

L'énergie du faisceau de protons circulant à l'intérieur de la machine doit atteindre environ 600 Me V Avec les dispositifs actuels il est à prévoir que le courant moyen sera de 0,2 µA

Le dispositif d'extraction du faisceau de protons, semblable à ceux utilisés sur les accélérateurs de Liverpool et de Chicago, fournira un faisceau concentré de haute intensité et d'énergie bien définie à l'extérieur de la machine rendant 1 'expérimentation plus aisée Il est prévu d'obtenir 109 protons par impulsion et 55 impulsions par seconde

Des faisceaux de neutrons seront produits à l'intérieur de la machine à 7 échelons d'énergie différents, espacés de 70 Me V l'un de l'autre, l'éner-

RAPPORT ANNUEL CERN 1956

gie la plus basse étant de 110 MeV et la plus élevée de 600 Me V; ces divers faisceaux traverseront le mur de blindage à travers des canaux ad hoc dispo­sés parallèlement

Deux canaux permettront l'utilisation des mésons 7t négatifs produits à l'intérieur de la machine Un spectre continu s'étendant de 100 MeV à 400 MeV doit être obtenu en ajustant convenable­ment les appareils de focalisation et de déflection

Une section spéciale étudie les modifications à apporter à la machine pour améliorer la qualité des faisceaux et notamment pour en augmenter l'intensité (voir la disposition des différents faisceaux à la page 37)

7 Appareillage et instrumentations techniques diverses

Les aimants de déflection et de focalisation néces­saires aux premières expériences ont été étudiés et commandés

L'énergie nécessaire à leur fonctionnement sera d'une puissance maximum de 180 kV A

L'étude et la construction des instruments pour l'expérimentation sont d'une façon générale de la compétence de la Division des Services scienti­fiques et techniques Celle-ci collabore donc avec les Sections des chambres à trajectoires (2 personnes)

et d'électronique (8 personnes) récemment créées et développées au sein de la Division du Synchro­cyclotron, pour ses propres besoins

Une première chambre à bulles expérimentale à hydrogène liquide (10 cm de diamètre et 10 cm de profondeur) a été mise en fabrication dans l'atelier commun des Divisions du Synchro-cyclo­tron et des Services scientifiques et techniques

Une deuxième chambre à bulles à hydrogène liquide de plus grandes dimensions (30 cm de dia­mètre et 15 cm de profondeur) est également à l'étude Il est espéré qu'elle pourra servir aux pre­mières expériences

Ces deux chambres pourront être placées, en vue de mesures de moments d'inertie de particules chargées, dans le champ d'un aimant d'une inten­sité de 16 000 gauss, consommant une énergie de 1 000 kW L'énergie nécessaire sera fournie par un groupe électrogène muni d'un volant permet­tant de pulser éventuellement cette énergie jusqu'à 3 000 kW

L'étude des divers instruments et techniques nécessaires à détecter les particules différentes a été entreprise, en partant de l'utilisation de l'effet de Cerenkov et de montages électroniques à impulsions très rapides

Une petite Section de chimie a été mise en route pour réaliser certaines expériences de chimie nucléaire à haute énergie

II CONSTRUCTION DE L'ACCÉLÉRATEUR ET DES LABORATOIRES

1 Généralités

L'ann'ée 1956 a été principalement consacrée à la construction de l'accélérateur proprement dit et de ses accessoires

La majeure partie du matériel a été livrée, montée, essayée et réceptionnée

Grâce aux efforts des constructeurs et malgré certaines modifications exigées en cours de travaux par la Division, les délais prévus au programme, bien que relativement courts, ont pu être respectés dans l'ensemble

Il convient cependant de signaler que le système élévateurdes deux plates-formes bétonnées mobiles a dû être changé en cours de montage et que les études du système haute fréquence ne sont pas encore définitives

Le gros œuvre de tous les bâtiments a été terminé ainsi que leur installation intérieure, sauf celle des

30

laboratoires dont l'achèvement est prévu pour le printemps 1957

Un certain nombre de données chiffrées, de renseignements et de plans relatifs aux différentes parties de l'accélérateur et aux bâtiments ont été fournis dans le Rapport Annuel 1955 et ne sont pas reproduits dans le présent Rapport

2 Bâtiments Les murs de protection du bâtiment central ren­

fermant l'accélérateur sont construits en béton lourd à gravier de baryte

Deux longues ouvertures ont été réservées dans ces murs du côté des chambres d'expérimentation

Ces deux ouvertures seront obturées par l'accu­mulation de blocs de béton de baryte de 2 tonnes chacun Ces blocs seront disposés de telle manière que des tunnels convenables existent aux points de passage des faisceaux

SYNCHRO-CYCLOTRON

Pour économiser une partie de la main-d'œuvre nécessaire à la mise en place de ces blocs mobiles, ceux-ci seront disposés respectivement sur deux plates-formes élévatrices, elles-mêmes remplies de béton de baryte et pouvant s'élever à mi-hauteur des ouvertures dans les murs de protection En sorte que ces ouvertures seront obturées dans le bas par les plates-formes élévatrices et dans le haut par la superposition des blocs mobiles, dispo­sés de façon à réserver les tunnels voulus pour le passage des faisceaux

La plus grande plate-forme est d'un poids total de 2 000 t Le système d'élévation sera finalement hydraulique

En vue d'éloigner les appareils de mesure de toute radiation nuisible, la chambre des comman­des, autour de laquelle sont disposées cinq salles de comtpage destinées aux expérimentateurs, est reliée au bâtiment central par un corridor de cin­quante mètres

L'opérateur y commandera toutes les machines servant au fonctionnement de l'accélérateur et sera en contact direct avec les expérimentateurs

Les pièces réservées à ceux-ci ont été équipées de toutes les facilités exigées par le travail électronique et sont complètement reliées par câbles à toutes les parties du bâtiment

Un atelier d'électronique a été installé au-dessous des salles de comptage, avec lesquelles il est relié par un monte-charge

L'équipement intérieur de l'aile de bâtiment réservée aux laboratoires a été mis au point et commandé La division de ce bâtiment est faite, de part et d'autre d'un corridor central où passent toutes les canalisations, par des cloisons mobiles permettant de modifier la disposition intérieure des locaux selon les besoins

Cet équipement a été étudié en accord avec toutes les Divisions et sera standardisé dans tous les labo­ratoires de !'Organisation

3. Electro-aimant

Malgré certaines difficultés d'usinage et de transport, l'acier pour l'aimant a été livré prati­quement dans les délais prévus et le montage de celui-ci était terminé en juillet 1956

Quant aux bobines d'excitation, elles ont été livrées au début de 1956 et leur montage a pu suivre celui des plaques polaires

Dès que le groupe électrogène a été installé, des essais ont été effectués pour déterminer avec

31

précision et continuité l'intensité du champ sur des trajectoires radiales et azimutales par l'utilisation de l'effet de Hall Les plaques de Hall employées étaient du type à phosphite d'indium

La courbe de champ mesurée s'est révélée abso­lument conforme aux prévisions, les irrégularités constatées n'étant que très faibles et d'aucune conséquence pratique Il a été constaté que la présence des montants verticaux de la carcasse de l'aimant produisait un second harmonique d'une symétrie presque parfaite, le champ étant plus intense près des montants verticaux

La stabilité est supérieure à un dix-millième et le coefficient de température est de sept dix-millièmes par degré centigrade Les différentes courbes du champ sont montrées à la page 36; les fluctuations résultant du passage de la sonde de Hall au niveau des boulons reliant les plaques polaires peuvent y être nettement observées

4. Système à vide

La chambre à vide, les trois pompes mécaniques et les deux pompes à diffusion ont été montées et réceptionnées dans les délais prescrits

Tout cet équipement fonctionne largement en deçà des tolérances exigées (voir page 35)

5 Haute fréquence

Le dé a été livré ainsi que sa garniture; cette dernière a été mise en place

L'ensemble du matériel de haute fréquence est attendu dans les délais prévus

Le condensateur variable par contre nécessite encore des études et une mise au point complé­mentaires Il avait été décidé d'utiliser un diapason, mais celui-ci ne donnait pas encore les résultats escomptés C'est pourquoi la construction simul­tanée d'un condensateur rotatif a été décidée

6. Alimentation électrique

Tout l'équipement du groupe moteur-générateur, des transformateurs et du tableau de distribution est en place et fonctionne normalement

Des emplacements sont réservés dans la chambre des machines pour l'installation de divers petits groupes moteur-générateur pour alimenter l'appa­reillage d'expérimentation d'un deuxième groupe moteur-générateur, des compartiments de la haute fréquence et du redresseur

RAPPORT ANNUEL CERN 1956

7. Système de commande Les grosses machines du synchro-cyclotron sont

mises en route sur place, de façon à pouvoir contrô­ler leur fonctionnement pendant le démarrage

L'arrêt peut en être effectué soit sur place, soit à distance depuis le pupitre de la chambre de com­mande

Tout l'équipement est protégé contre un accident de fonctionnement d'une quelconque de ses parties par un système complet d'enclanchements Tout accident de ce genre est signalé par un système d'alarme, qui permet à l'opérateur d'en connaître la localisation

L'opérateur peut non seulement effectuer la lecture des instl uments depuis son pupitre, mais encore exécuter tout p1ogramme de fonction­nement demandé par les expérimentateurs, faire fonctionner et surveille1 un système complet d'inter­communication dans tous les bâtiments

8 Système de refroidissement Les deux systèmes de refroidissement en circuit

fermé, pour !'électro-aimant d'une part, l'équipe­ment haute fréquence et les matériels annexes d'autre part, ont été montés dans la salle des machines et fonctionnent maintenant d'une façon satisfaisante

On peut signaler cependant qu'au début une cir­culation excessive de gaz (hydrogène) avait été constatée; il a été remédié à cet inconvénient (voir page 33,C)

32

9 Source d'ions

L'usinage de la source d'ions à cathode chaude du type à arc a été terminé dans l'atelier commun de la Division du Synchro-cyclotron et de la Division des Services scientifiques et techniques Le montage en a été effectué et les essais commen­ceront en janvier 1957

10 Ateliers

Un petit atelier de mécanique, destiné principa­lement à assurer l'entretien de la machine et les réparations diverses a été installé Il comportera un effectif de six ouvriers suffisant pour satisfaire également aux besoins immédiats des physiciens

Tout le gros travail mécanique, notamment pour la constrnction du matériel d'expérimentation (aimants déflecteurs, chambres à trajectoires, etc), sera confié à l'atelie1 principal de !'Organisation

Enfin, un atelier d'électronique a été installé avec la collaboration de la Division des Services scientifiques et techniques pour l'étude et la mise au point des nouvelles techniques, en particulier en électronique dans la gamme des millimicro­secondes

L'effectif de toute la Division du Synchro­cyclotron, qui s'élevait à 32 personnes au 31 décem­bre 1955, comprenait 61 personnes au 31 décembre 1956

A

A Bâtiment et blocs mobiles de

protection

B Salle de commande

c Echangeurs de température des

circuits de refroidissement

B

c

A

A Aimant et bobines

B Pose d'une bobine de l'aimant

C Bobines, chambre à vide et dé

B

c

Pompes à vide à diffusion

champ

20 B (Wb/J)

1 9

1 8

1 7

1 6

0 50

COURBE DU CHAMP

magnétique j j déviarion 0 19°/oo

(k Gauss) 19 0 0,31 o/oo

18 7 085%0

18 4 18So/oo

1) T aimant

2)

3)

4)

5)

100 150 200

A RAYONS VARIABLES

= 2000 A' - 1 33 106 At

= 1 9 O o A , - 1 27 106 At

= 1799 A ,-120106 At

= 1750 A :-117 106 At

= 16 52. A ; ~ 1 1 0 106 At

= 1 4 5 o A , - o 97 10 6 At

250 rayon (cm}

10

j rayon 33

93

153

165~[ --~---~

-1 o• IJQO 190° 27QO 360° s -----~------~-----~N------~---------.ia~-----~-------,is !--------(;- ----0-0----------0- - -~o- -0-- ·-----Q-7~ -----tj[o-----0- --o- ------qb- -(j'o

montant est jeu entre les cales- secteurs trous et boulons montant ouest

COURBE DU CHAMP A RAYON CONSTANT

(cm)

,------------' :H~ ~ 1

1 1

1 1 ...

L_l

1 1 1

r_J

1''""' 1 1 1 LH -,

1 1 1

1 1

l_j

r'""' 1 1 1,... L~

1 1 1 1

1 l_J , .... 1 1

1

IH 1 L

~CL\U t"' //

-~~~ _/ '----

,-----1 ,---------J I L ______ J

88801 .. 10 [ÜI : . 1

D'EQUIPEMENT ELECTRIQUE

~

,_/

/

/ 1 L _________ _J

1

Il ,---------, · I

' I 1 ' I

1

1 ; m ' L_ .: ' 1 ~ 11i i 1 1

1 1 1 1

IQD]o

~ SALLE D'EQUIPEMENT

DE REFROIDISSEMENT

o ~Il . 0 101: l IBB Qle1~ :1

0 0

[Qj l8J 1 1

~ = 1 . 1

-~ - 1 - 1

DES NEUTRONS

!

1 1 1 1

H_j

1 1 1 1 1

~·-J 1 LI Hl

1 1 1 ,_. _J

l 1

No echelle se ale

fAI SCEAU CE 1t -

fAISCEAU DE 1î- DtVtE

1

1 1 L-, Hl

1 1 1

~_J 1

1

1

1

L-, Hl

1 1 1 1 __________ j

a 1 2 3 4 5 10 m.

Schema de sortie des faisceaux.