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AccAccéélléérateursrateurs de de particulesparticules
8 Mars 2012, P. Roudeau (LAL Orsay)
Qu’accélère t’on?Comment?Pour quoi faire?
Particule: très petite partie, infime quantité d’un corps.
Distinguer de:particule élémentaire
qui est indivisible
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MasseMasse et et éénergienergie
Masse → Énergie : centrales nucléaires, soleilÉnergie → masse : collisions avec des
accélérateurs de particulesE=mc2
eV - keV: physique atomique, chimieMeV (106 eV): physique nucléaire
GeV(109 eV), TeV: physique des particulesm(proton)~1 GeV
Dans 3 g d’hydrogèneIl y a autant d’énergie
que celle fourniepar 1 réacteur nucléaire
en 1 journée« fabriquer » de la matière
demande beaucoup d’énergie
1g de protons~6 1023 protons
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ParticulesParticules accaccéélléérrééeses
-protons (et anti-protons)-noyaux d’atomes (ions)-électrons (et positrons)
particulesstables et chargées
taille d’un atome ~ 10-10 mtaille d’un noyau ~ 100 000 fois moins99,9% de la masse est dans le noyau
un atomec’est beaucoup de vide
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SourceSource dd’é’électronslectrons
-filament chauffé
-et systèmes plus élaborés
laser
électrons
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EffetEffet dd’’unun champchamp éélectriquelectrique
+
Ev F accélérée
+
EvF ralentie
les particulesgagnent de l’énergie
>10 MeV/m
1GeV ~ 100 m 1TeV ~ 100 km
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EffetEffet dd’’unun champchamp éélectriquelectrique
Avoir le bontiming
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AccAccéélléérateur linrateur linééaireaire
Les protons sontdans des paquets
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AccAccéélléérateur linrateur linééaireaire
-SLAC (USA), leplus long au monde(> 3km)
-projets >10km
Les très haute énergiesdemandent de très grandes
longueurs
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EffetEffet dd’’unun champchamp magnmagnéétiquetique
v F Les particules décriventdes cercles.
Leur énergie reste constante
F = q v ∧ B
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AccAccéélléérateurrateur circulairecirculaire
Énergies plus grandespour une même taille
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AccAccéélléérateurrateur circulairecirculaire
Le LHC dans un anneau de 27 km de circonférence
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AccAccéélléérateurrateur circulairecirculaire
-Aimants du LHCLa supraconductivité permet de créerdes champs magnétiques très intenses.Il faut les refroidir à -271 K.
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CollisionneurCollisionneur circulairecirculaire
X
X
M(X)<E/2
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ComprendreComprendre ll’’infinimentinfiniment petitpetit
Le proton contient 3 quarksliés par des gluons
Ud
12 constituants élémentairesliés par 3 forces
transmises par 12 particules
1960-1970
2012
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ComprendreComprendre ll’’infinimentinfiniment grandgrand
Les c
ollisi
ons à
haute
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recrée
nt de
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s
proch
es du
Big-Ban
g
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ComprendreComprendre ““comment comment ççaa marchemarche””
Beaucoup de questionssont encore sans réponse
-pourquoi Qe=-Qp?-pourquoi 3 familles?-où est passée l’antimatière?-d’où vient la masse ?-de nouvelles particules doiventapparaître si E>1000 Gev.-qu’est-ce que la matière noire?…… etc
LHC
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ExpExpéériencerience ATLAS au LHCATLAS au LHC
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QuelquesQuelques utilisationsutilisations des des accaccéélléérateursrateurs- sources de lumière- fabrication de substances radioactives- incinération de déchets nucléaires ultimes- traitements médicaux- métallurgie- musées- …
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SourcesSources de de lumilumièèrereToute charge accélérée rayonne
Le synchrotron SOLEIL (Saclay)
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ExemplesExemples dd’é’étudestudes faites faites àà SOLEILSOLEIL
- étude de la structure de la matière à l’échelle de l’atome ou de la molécule- étude de la structure de molécules complexes en 3D (médicaments)- détection de traces de polluants dans le sol, l’eau, …- mise au point de nouveaux matériaux ou de nouvelles structures de surface- étude de réactions chimiques complexes (cosmétiques, …)- analyse d’objets anciens (métaux, cosmétiques, œuvres d’art, …)
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SourcesSources de de lumilumièèrereCLIO (Centre Laser Infrarouge d’Orsay)
ThomXSource intense de rayons X produitspar collision entre des électrons et desphotons d’un laser.
Sources intenses,pulsées
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AutresAutres applicationsapplications
Production d’isotopes médicaux(cyclotron Arronax de Nantes)
Transmutation de déchetsnucléaires
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AutresAutres applicationsapplications
Soudures avec desfaisceaux d’électrons
L’énergie des électrons sert àchauffer et à fondre le métal.
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ProtonthProtonthéérapierapie (Orsay (Orsay depuisdepuis 1991)1991)
5000 patients traités pour des cancers difficiles d’accès. Rénové en 2010.
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Dans un Dans un musmusééee (1987(1987--……))
Aglaé (Accélérateur Grand Louvred’Analyse Élémentaire)
Faisceaux de protons et deutons de 4 MeV, d’Hélium de 6 MeV.
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