Synchrotron



Le synchrotron, famille d'accélérateurs dont est issu le LHC, a été conçu suite à un obstacle. L'idée des physiciens était de faire varier la tension du champ électromagnétique auquel sont soumises les particules. Les premières idées liées apparurent en 1943, pendant la guerre, avec le professeur Oliphant. Il fallut néanmoins attendre 1947 pour que les premiers projets américains voient le jour.



Un synchrotron ne fonctionne pas de la même façon qu'un cyclotron, même si le principe d'accélération des particules reste le même. Les deux électroaimants ont étés abandonnés au profit des différents aimants que nous allons voir par la suite.
Un synchrotron est constitué de portions droites et de portions courbes constituées d'aimants. Un synchrotron n'est donc pas un cercle mais un polygone.
Un synchrotron ne peut accélérer les particules depuis une vitesse nulle. C'est pour cela qu'un synchrotron est aussi composé d'un injecteur, qui est en fait un accélérateur linéaire.


Il existe deux principaux types de synchrotrons:
-le synchrotron à fonctions séparées, ou à gradients constants.
-le synchrotron à gradients alternés.


Le synchrotron à fonctions séparées

Globalement un synchrotron à fonctions séparées est composé de trois types d'aimants:
-Les aimants dipolaires, qui ont pour but de maintenir la trajectoire des particules, et donc de les courber.
-Les aimants quadripolaires, qui servent à focaliser le ou les paquet(s) (le flux).
-Les aimants sextupolaires, eux aussi destinés à focaliser le flux (ils font de légères corrections par rapport aux aimants quadripolaires).
L'accélération n'est cependant pas produite partout sur le trajet des particules. C'est dans la ou les cavités d'accélération que les particules seront soumises à une accélération produite par un système HF (Haute Fréquence).


Le synchrotron à gradients alternés


Les physiciens ont rencontré lorsqu'ils tentaient de toujours monter en puissance une nouvelle contrainte technique: les paquets de particules ne se maintenaient pas exactement sur la trajectoire théorique mais oscillaient autour de celle-ci. La première réaction fut d'élargir la cavité et d'augmenter la puissance des aimants focaliseurs. Cependant cette tentative se révéla infructueuse et fût donc vite abandonnée. C'est en 1952 à Brookhaven (aux Etats-Unis) qu'une nouvelle technique destinée au guidage vit le jour. Si l'on met bout à bout des aimants polarisés fortement et de signes inversés ainsi qu'inclinés alternativement, alors le flux de particules est efficacement focalisé. Le faisceau est alors dit stable verticalement et radialement.


Schéma synchrotron
Ci-dessus: Schéma d'un synchrotron à gradients alternés.

Les premiers accélérateurs construits sur ce modèle furent ceux du CERN en 1959 (200m de diamètre et de 628m de circonférence) avec une énergie de 25GeV, et celui du Brookhaven National Laboratory (mêmes dimensions) d'une énergie de 30 GeV. L'accélérateur du CERN se nomme PS et fait partie du parc d'accélérateurs du CERN et est donc destiné aux accélérations préalables à l'injection dans le LHC.