{"id":667,"date":"2024-02-28T14:58:09","date_gmt":"2024-02-28T13:58:09","guid":{"rendered":"http:\/\/www.sciences-aco.fr\/?page_id=667"},"modified":"2024-04-24T14:14:38","modified_gmt":"2024-04-24T12:14:38","slug":"introduction-niveau-avance","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.sciences-aco.fr\/index.php\/introduction-niveau-avance\/","title":{"rendered":"Qu’est-ce qu’un acc\u00e9l\u00e9rateur de particules ?"},"content":{"rendered":"\n

Un acc\u00e9l\u00e9rateur est une machine capable de communiquer \u00e0 des particules charg\u00e9es \u00e9lectriquement, \u00e9lectrons ou ions, une \u00e9nergie importante en g\u00e9n\u00e9ral au moins \u00e9gale, mais souvent tr\u00e8s sup\u00e9rieure \u00e0 1 MeV. Sinon on parle plut\u00f4t de \u00ab\u00a0tubes \u00e9lectroniques\u00a0\u00bb tels ceux qui alimentent les radars de puissance ou les \u00ab\u00a0magn\u00e9trons\u00a0\u00bb de nos fours micro-ondes :
1 MeV = 1 Mega \u00e9lectron-volt = \u00c9nergie \u00e9gale \u00e0 celle imprim\u00e9e \u00e0 un \u00e9lectron par un potentiel de 1 million de volts.
Cette unit\u00e9 est toujours adopt\u00e9e, car si on l’exprime en unit\u00e9s usuelles on obtient
1 MeV = 1,6 10-13<\/sup> Joules, dont on voit bien que c’est une quantit\u00e9 peu agr\u00e9able \u00e0 manipuler !<\/p>\n\n\n\n

Il existe de nombreux types diff\u00e9rents d’acc\u00e9l\u00e9rateurs : lin\u00e9aires, circulaires, \u00e9lectrostatiques ou \u00ab\u00a0RF\u00a0\u00bb (radio fr\u00e9quence : acc\u00e9l\u00e9ration par des ondes \u00e9lectromagn\u00e9tiques). Leur point commun est que les particules ne sont pas confin\u00e9es dans des tuyaux, comme des liquides, mais sont confin\u00e9s par les champs magn\u00e9tiques et acc\u00e9l\u00e9r\u00e9s par les champs \u00e9lectriques qu’on leur applique. Ils sont quand m\u00eame dans des \u00ab\u00a0tuyaux\u00a0\u00bb, mais ceux-ci servent, en fait, \u00e0 r\u00e9aliser le vide en \u00e9vacuant les mol\u00e9cules de l’atmosph\u00e8re du voisinage des particules acc\u00e9l\u00e9r\u00e9es : sinon, celles-ci seraient diffus\u00e9es dans toutes les directions par ces mol\u00e9cules. Certains de ces \u00ab\u00a0tubes\u00a0\u00bb servent \u00e9galement \u00e0 guider les champs \u00e9lectriques utilis\u00e9s dans le processus d’acc\u00e9l\u00e9ration.
La construction de ces machines fait appel \u00e0 de nombreuses technologies (calcul num\u00e9rique, ultravide, magn\u00e9tisme, optique, \u00e9lectronique rapide, informatique, etc\u2026). C\u2019est un domaine de la physique tr\u00e8s riche, o\u00f9 les progr\u00e8s sont continus et les applications nombreuses.
Ajoutons que les machines sont confin\u00e9es et entour\u00e9es de b\u00e9ton destin\u00e9 \u00e0 assurer la radioprotection contre les radiations provoqu\u00e9es par les pertes de particules en divers endroits : ceci fait que les acc\u00e9l\u00e9rateurs ne sont pas \u00ab\u00a0visibles\u00a0\u00bb car g\u00e9n\u00e9ralement situ\u00e9s dans les sous-sols de laboratoires de recherche ou d’h\u00f4pitaux. Ces machines peuvent \u00eatre petites (quelques m\u00e8tres pour des acc\u00e9l\u00e9rateurs de quelques MeV) ou tr\u00e8s grandes (27 km pour l’anneau \u00e0 protons de 7 TeV (7000 GeV) du CERN \u00e0 Gen\u00e8ve).<\/p>\n\n\n\n

A quoi servent les acc\u00e9l\u00e9rateurs de particules ?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Les acc\u00e9l\u00e9rateurs d\u2019\u00e9nergie modeste (quelques MeV au plus)sont les plus r\u00e9pandus dans la vie courante. En particulier, ils servent d’irradiateurs :
st\u00e9rilisation de mat\u00e9riel m\u00e9dical (instruments, seringues, etc\u2026)
conservation d\u2019aliments
le traitement de tumeurs canc\u00e9reuses. Cette derni\u00e8re technique est maintenant courante et il existe en France environ 400 irradiateurs m\u00e9dicaux. Commencent \u00e0 se d\u00e9velopper \u00e9galement, mais en nombre beaucoup plus restreint \u00e9tant donn\u00e9 le co\u00fbt, les acc\u00e9l\u00e9rateurs pour la \u00ab\u00a0protonth\u00e9rapie\u00a0\u00bb. Il s’agit de machines circulaires (\u00ab\u00a0synchrotrons\u00a0\u00bb) fonctionnant \u00e0 environ 100 MeV avec des particules lourdes (protons ou ions). Elles sont particuli\u00e8rement pr\u00e9cieuses pour le traitement de certaines tumeurs d\u00e9licates (du cerveau notamment).
L\u2019\u00e9tude des objets d\u2019art et d\u2019arch\u00e9ologie<\/p>\n\n\n

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AGLAE est l’Acc\u00e9l\u00e9rateur du Louvre pour l’Analyse des objets d\u2019art. Inaugur\u00e9 en 1989, c’est un acc\u00e9l\u00e9rateur \u00e9lectrostatique tandem de 2 millions de volts.<\/em><\/p>\n\n\n

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Acc\u00e9l\u00e9rateur lin\u00e9aire RF m\u00e9dical pour la radioth\u00e9rapie (\u00e9lectrons de 10 \u00e0 20 MeV produisant des rayons gamma sur une cible en tungst\u00e8ne)<\/em>
A l\u2019origine, les acc\u00e9l\u00e9rateurs ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9s pour \u00e9tudier la Physique Nucl\u00e9aire, c’est \u00e0 dire l’\u00e9tude des constituants \u00e9l\u00e9mentaires du noyau des atomes. Celle-ci s’est ensuite subdivis\u00e9e en Physique Nucl\u00e9aire et Physique des Particules. La Physique Nucl\u00e9aire acc\u00e9l\u00e8re des ions (atomes charg\u00e9s) \u00e0 quelques centaines de MeV pour les pr\u00e9cipiter sur des cibles.<\/p>\n\n\n

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Acc\u00e9l\u00e9rateur circulaire (cyclotron) \u00ab\u00a0CIME\u00a0\u00bb du laboratoire national GANIL \u00e0 Caen pour l’\u00e9tude d’ions radioactifs. En rouge, les aimants puissants qui courbent les particules et leur font suivre une trajectoire circulaire jusqu’\u00e0 ce qu’ils soient extraits de la machine et envoy\u00e9s vers les aires exp\u00e9rimentales.<\/em><\/p>\n\n\n\n

La Physique des Particules fait collisionner des particules plus l\u00e9g\u00e8res (\u00e9lectrons ou protons) \u00e0 l’\u00e9nergie la plus \u00e9lev\u00e9e possible afin de produire les constituants ultimes de la mati\u00e8re. On construit ainsi des machines d\u2019\u00e9nergie sup\u00e9rieure \u00e0 1 TeV (1 million de MeV !).<\/p>\n\n\n

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Le LEP (Large Electron-Positron collider) est le collisionneur circulaire \u00e9lectron-positron du CERN. L’anneau a une circonf\u00e9rence de 27 km et est enfoui \u00e0 une centaine de m\u00e8tres sous terre. Le projet LEP a \u00e9t\u00e9 mis en fonctionnement en 1989. Son objectif principal \u00e9tait de mesurer avec pr\u00e9cision des grandeurs physiques dans le but de tester le Mod\u00e8le Standard des interactions \u00e9lectrofaibles et fortes. L’acc\u00e9l\u00e9rateur a aussi permis de rechercher des particules plus lourdes non encore observ\u00e9es dans les autres acc\u00e9l\u00e9rateurs. Apr\u00e8s 12 ans de fonctionnement, il a \u00e9t\u00e9 d\u00e9finitivement arr\u00eat\u00e9 en novembre 2000. Dans son tunnel est b\u00e2ti le LHC (Large Hadron Collider) acc\u00e9l\u00e9rateur de protons de 7 TeV, qui a permis la d\u00e9couverte du fameux \u00ab\u00a0boson de Higgs\u00a0\u00bb<\/em><\/p>\n\n\n\n

Une application scientifique importante :<\/strong><\/p>\n\n\n\n

\u00ab\u00a0Le rayonnement synchrotron\u00a0\u00bb, c’est \u00e0 dire la lumi\u00e8re \u00e9mise par des \u00e9lectrons circulant dans des anneaux de stockage. Il est \u00e9mis majoritairement dans le domaine des rayons X et sa brillance est t 100 millions de fois plus grande que celle des tubes \u00e0 rayons X \u00ab\u00a0ordinaires\u00a0\u00bb ! Il est utilis\u00e9 par de nombreuses \u00e9quipes de scientifiques (physiciens, chimistes, biologistes). L’\u00e9nergie est de quelques GeV pour des circonf\u00e9rences allant de 100 m \u00e0 1 km. Chaque machine peut desservir une quarantaine d’exp\u00e9riences simultan\u00e9ment 24 heures sur 24 !<\/p>\n\n\n

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Plan de l’anneau de rayonnement synchrotron SOLEIL construit \u00e0 Saclay (Essone) qui a succ\u00e9d\u00e9 \u00e0 ACO. Les diff\u00e9rentes exp\u00e9riences (lignes de lumi\u00e8re) portent, en g\u00e9n\u00e9ral, des noms po\u00e9tiques ou emprunt\u00e9s \u00e0 l’astronomie\u2026 Les \u00e9lectrons que l’on veut injecter dans l’anneau de stockage sont produits par un lin\u00e9aire de 100 MeV, puis pr\u00e9-acc\u00e9l\u00e9r\u00e9s par un synchrotron (\u00ab\u00a0Booster\u00a0\u00bb) jusqu’\u00e0 l’\u00e9nergie finale (2.75 GeV). La circonf\u00e9rence de l’anneau est de 356 m.<\/em><\/p>\n\n\n\n\n\n

\u00ab\u00a0Le laser \u00e0 \u00e9lectrons libres\u00a0\u00bb, c’est \u00e0 dire un rayonnement synchrotron amplifi\u00e9 par \u00e9mission stimul\u00e9e a \u00e9galement \u00e9t\u00e9 obtenu depuis 2005. Il n\u00e9cessite des acc\u00e9l\u00e9rateurs lin\u00e9aires : un faisceau de haute \u00e9nergie (1 \u00e0 10 GeV) produit un rayonnement laser en passant \u00e0 travers une structure magn\u00e9tique p\u00e9riodique (\u00ab\u00a0onduleur\u00a0\u00bb). On a ainsi r\u00e9alis\u00e9 le premier laser \u00e0 rayons X\u00a0!<\/p>\n\n\n

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L’acc\u00e9l\u00e9rateur lin\u00e9aire SLAC de Stanford (USA) a \u00e9t\u00e9 reconverti en laser \u00e0 \u00e9lectrons libres dans les rayons X. \u00ab\u00a0Seulement\u00a0\u00bb 1 km d\u2019acc\u00e9l\u00e9ration, sur les 3 km prudemment utilis\u00e9s, sont n\u00e9cessaires pour produire des \u00e9lectrons de 15 GeV et les injecter dans un onduleur de 130 m de longueur.<\/em><\/p>\n\n\n\n

L\u2019anneau ACO a connu une existence exceptionnelle car il a servi entre 1960 et 1987 de pionnier de nombreux domaines\u00a0:
2\u00e8me anneau de stockage au monde, il a servi \u00e0 l\u2019\u00e9tude et la mise au point de ces machines
Des exp\u00e9riences de physique des particules y ont \u00e9t\u00e9 men\u00e9es
Il a servi de source de \u00ab\u00a0rayonnement synchrotron\u00a0\u00bb pendant 10 ans avant de c\u00e9der la place \u00e0 des machines plus modernes
-Il a servi avec succ\u00e8s de banc d\u2019essai du \u00ab\u00a0laser \u00e0 \u00e9lectrons libres\u00a0<\/strong><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Un acc\u00e9l\u00e9rateur est une machine capable de communiquer \u00e0 des particules charg\u00e9es \u00e9lectriquement, \u00e9lectrons ou ions, une \u00e9nergie importante en g\u00e9n\u00e9ral au moins \u00e9gale, mais…<\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":0,"parent":0,"menu_order":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"footnotes":""},"class_list":["post-667","page","type-page","status-publish","hentry"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.sciences-aco.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/667","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.sciences-aco.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.sciences-aco.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.sciences-aco.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.sciences-aco.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=667"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/www.sciences-aco.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/667\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":688,"href":"https:\/\/www.sciences-aco.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/667\/revisions\/688"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.sciences-aco.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=667"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}