Projets du LLB pour ESS – ESS projects @ LLB

Contribution française à l’instrumentation ESS

Présentation de l’European Spallation Source

L’ESS (European Spallation Source) est la source européenne à spallation de prochaine génération actuellement en construction à Lund (Suède). Utilisant un pulse de neutrons de longue durée (2.86 ms à comparer aux ~100 µs habituels) cadencé à 14 Hz elle produira un flux de neutrons intégré équivalent à celui de l’ILL (lien vers un poster de présentation).

Vue d’artiste du site de l’ESS (voir la vidéo)

Le caractère pulsé de la source permet d’utiliser la structure temporelle du faisceau de neutrons pour déterminer l’énergie des neutrons incidents, éliminant le besoin d’un monochromateur pour la grande majorité des instruments. Le flux utilisable à la position échantillon est donc naturellement démultiplié par l’utilisation entière du faisceau poly-chromatique.

Comparaison des pulses de neutrons de l’ESS et des sources à spallations en opération.

Deux modérateurs, froid et thermique, seront installés donnant accès aux utilisateurs à un spectre de neutron couvrant la gamme de ~0.5 à ~20 Å. L’ouverture des instruments aux utilisateurs extérieurs est prévue en 2023, l’installation sur site des composants essentiels au démarrage de la source est en cours, et l’instrumentation est dans la phase de design détaillé.

Contribution in-kind française

En vue du démarrage de l’ESS, 15 instruments ont été sélectionnés pour leur capacité à répondre aux besoins de la communauté scientifique européenne, ainsi que pour leurs caractéristiques uniques. Ces instruments sont financés et construits par le biais de contributions in-kind des partenaires de l’ESS. Ces contributions en nature couvrent les phases de: design, reception des composants, installation, intégration et cold commissioning. La France contribue à hauteur de 8% au budget de construction total de l’ESS (1843 M€) dont 35 M€ sont dédiés à l’instrumentation.

Rendu 3D de la suite instrumentale en cours de développement.

Dans ce cadre, le LLB est impliqué dans la construction de 6 instruments (3 diffractomètres, 2 spectromètres et un SANS) et d’une partie de l’environnement échantillon mis en commun pour les instruments.

MAGiC

• Type : diffractomètre de neutrons polarisé dédié à l’étude des propriétés magnétiques sur mono-cristaux.
• Contributeurs : LLB (~60%), JCNS (~24%) et PSI (~16%)
• Personnels LLB : S. Klimko, T. Robillard, A. Goukasov, X. Fabrèges
• Capacités : résolution de structures magnétiques, densité de spin, susceptibilité/anisotropie/aimantation locale, polarisation XYZ et analyse de polarisation, haut flux et petits échantillons.
• Thématiques couvertes : matériaux multi-fonctionnels, supraconductivité, couplage spin-orbite, magnétisme fondamental, magnétisme moléculaire, chiralité, skyrmions, couches minces et interface, magnétisme quantique.

CSPEC

• Type : spectromètre temps de vol froid à géométrie directe.
• Contributeurs : LLB (50%) et TUM (50%)
• Personnels LLB : F. Y. Moreira, G. Fabrèges, S. Longeville
• Capacités : multi-échelles (1 – 1000 Å et 10^-14 – 10^-10 s), petits échantillons, expériences pompe/sonde, cinétique in-operando, hautes pressions, mesures sous champs électrique.
• Thématiques couvertes : matière molle, stockage de l’hydrogène/CO2, catalyse, magnétisme, batteries, life science, …

SKADI

• Type : spectromètre multifonctions de Diffusion des Neutrons aux Petits Angles.
• Contributeurs : LLB (~50%), JCNS (~50%)
• Personnels LLB : S. Désert, P. Lavie, A. Chennevière
• Capacités : grande dynamique de vecteurs d’onde (3 ordres de grandeurs simultanés), très petits angles, polarisation, études résolues en temps, environnements échantillons polyvalents.
• Thématiques couvertes : matériaux stimulables, systèmes biologiques, santé, matériaux magnétiques, matériaux pour l’énergies, nano-matériaux, nano-composites, colloïdes et tensio-actifs, systèmes mixtes, …

DREAM

• Type : diffractomètre non polarisé dédié à l’étude des propriétés structurales (nucléaires et magnétiques) et microstructurales sur poudres (possibilité monocristaux)
• Contributeurs : JCNS (~76%) et LLB (~24%)
• Personnels LLB : S. Désert, B. Annighöfer, G. Fabrèges, F. Porcher
• Capacités : structures nucléaires et magnétiques par diffraction, analyse PDF, (SANS)
• Thématiques couvertes : matériaux pour l’énergie, batteries, matériaux (multi-) fonctionnels, nano-matériaux, magnétisme, supraconducteurs, matériaux zéolithiques et MOFs,…

BIFROST

• Type : spectromètre à géométrie indirecte avec 50 analyseurs/détecteurs couvrant 90° d’angle de diffusion dans le plan horizontal.
• Contributeurs : DTU/KU (~30%), PSI (~27%), LLB (~22%), et IFE (~21%)
• Personnels LLB : S. Rodrigues, P. Lavie, P. Bourges
• Capacités : mesures de diffusion inélastique paramétriques pour l’étude d’excitations magnétiques et de phonons et/ou avec des environnements extrêmes (champ magnétique fort, haute pression,…), haut flux et petits échantillons.
• Thématiques couvertes : matériaux multi-fonctionnels (phonons et magnétisme), supraconductivité, couplage spin-orbite, magnétisme fondamental, magnétisme quantique, matériaux pour l’énergie, thermoélectrique, géologie (haute-pression).

Environnement échantillon

• Aimants et basses températures : aimant supraconducteur à grande ouverture angulaire, aimants supraconducteurs warm-bore, inserts dilution et insert 3He.
• Hautes pressions : cellule liquide/gaz, système de chargement et de mise sous pression et cellule Paris-Edinburgh.
• Personnels LLB : B. Annighöfer, F. Maignen, X. Fabrèges

Instrumentation_ESS 2021-10.pdf