Une approche plus efficace du développement des accélérateurs de particules
Les accélérateurs de particules sont essentiels pour positionner ’Europe d’être à la pointe de la recherche, mais aussi pour les applications médicales et d’autres industries. De la radiothérapie à l’analyse des œuvres d’art en passant par les tests de matériaux, les accélérateurs sont la clé de notre capacité à innover dans de nombreux secteurs. Et nous n’en avons pas assez: de plus en plus d’applications(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) sont identifiées, et l’accès est hautement compétitif. Le projet I.FAST(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) s’est penché sur le développement conjoint d’un portefeuille de technologies avancées d’accélérateurs de particules. «Nous voulions favoriser le développement de technologies plus performantes et plus abordables, avec une empreinte environnementale plus faible», explique Maurizio Vretenar, coordinateur d’I.FAST basé au CERN(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (Organisation européenne pour la recherche nucléaire), en Suisse. Le projet entendait créer un environnement favorable au développement de la prochaine génération d’accélérateurs en travaillant main dans la main avec l’industrie pour soutenir l’évolution à long terme des technologies d’accélération en Europe. Maurizio Vretenar souligne: «Bien que l’industrie et les chercheurs aient déjà travaillé en étroite collaboration sur des défis de ce type, I.FAST a joué un rôle déterminant dans l’instauration d’une culture de confiance et de collaboration mutuelle entre le monde universitaire et l’industrie, ce qui permettra de poursuivre l’innovation dans les technologies des accélérateurs de particules».
Maximiser l’application de processus innovants sur les plateformes d’accélération
Cette collaboration a permis de rationaliser le processus de développement, de réduire les doubles emplois et d’encourager l’innovation dans la communauté des accélérateurs de particules. «Nous avons défini et facilité le développement de technologies révolutionnaires communes à plusieurs plateformes d’accélération», confie Maurizio Vretenar. Près de 50 partenaires, dont 17 entreprises en tant que partenaires de co-innovation, ont collaboré pour explorer de nouveaux concepts d’accélérateurs et développer des prototypes avancés de technologies clés. Ces technologies sont notamment des nouvelles conceptions et de nouveaux concepts d’accélérateurs. «Nous avons également développé des technologies supraconductrices avancées pour les aimants et les cavités, ainsi que de nouvelles techniques pour augmenter la luminosité des sources de rayonnement synchrotron», ajoute Maurizio Vretenar. Le projet a conçu et testé un porcessus de dépôt de couches minces supraconductrices sur différents substrats, dans le but d’améliorer les performances et de réduire la consommation d’énergie des systèmes d’accélération. Le projet a développé des stratégies et des technologies destinées à améliorer l’efficacité énergétique, ainsi que de nouvelles applications sociétales des accélérateurs. Il a exploré de nouvelles technologies pour les futurs accélérateurs, notamment l’apprentissage automatique pour améliorer les performances.
L’impression 3D pour transformer les accélérateurs de production et de réparation
Le recours à la fabrication additive (FA), plus connue sous le nom d’impression 3D, a été déterminant. L’application est un processus de transformation, couche par couche, qui permet de construire des objets en 3D à partir de dessins numériques. Ceci contraste avec les méthodes traditionnelles, soustractives ou formatives, et permet une complexité géométrique sans précédent, une réduction des déchets de matériaux et un prototypage rapide. Le projet a utilisé la FA pour produire divers prototypes de structures d’accélération de quadripôles de radiofréquence (RFQ), fabriqués en cuivre pur. Il s’agit d’accélérateurs spécialisés et compacts d’un peu plus d’un mètre de long, utilisés immédiatement après la source de particules pour compacter le faisceau et lui donner une première impulsion d'énergie. Les RFQ sont utilisés comme injecteurs dans les grands accélérateurs, pour des applications en médecine et l’analyse des œuvres d’art. «Cela nous permet à la fois de réduire les coûts et d’adopter des géométries plus complexes, et donc d’améliorer les performances. Cette innovation pourrait ouvrir la voie à de nouvelles applications pour la production d’isotopes médicaux ou à de nouvelles solutions de pointe pour l’analyse des matériaux et des surfaces», explique Maurizio Vretenar. Cette première mondiale a fait l’objet de plusieurs publications et a été présentée lors de conférences et d’expositions industrielles. L’optimisation et la caractérisation des prototypes sont en cours. D’autres applications de la FA ont été identifiées dans le domaine des sources d’ions, des structures petites et complexes dont dépendent la qualité du faisceau de particules et la réparation des composants défectueux de l’accélérateur. I.FAST a construit 13 prototypes de haut niveau pour tester de nouvelles technologies d’accélérateur et a produit huit rapports définissant des feuilles de route pour l’avancement des technologies d’accélérateur essentielles. «Le succès du projet est le fruit d’une collaboration plus étroite, en particulier avec l’industrie, dans un environnement d’innovation ouverte. Derrière chaque technologie, il y a des gens, et notre succès est largement dû à notre équipe pluridisciplinaire et aux relations que nous avons établies.»