Accélérateurs de Particules : Principes & Limitations - LPSC

Johann Collot Cours de l'école doctorale de physique de Grenoble et du DESA de Casablanca
Accélérateurs de particules : principes & Limitations
Année : 2006
La longueur d'onde des oscillations bétatron ne doit pas être un multiple de l'une des dimensions de la
machine. Sinon on peut obtenir une amplification résonante de ces oscillations qui conduit à la perte du
faisceau .
synchrotron à focalisation faible
Dans ce type de machines, la focalisation verticale est obtenue de la même manière que dans les
cyclotrons classiques ; c'est-à-dire en faisant décroître le champ vertical en fonction de r. Cela conduit à
une focalisation faible donnant lieu à des oscillations bétatron de fortes amplitudes qui requièrent une
taille transverse importante du tube à faisceau et de l'entrefer des aimants. Comme l'amplitude des
oscillations croît avec l'énergie des particules, ces machines ne peuvent être conçues au-delà d'une énergie
de 10 GeV pour des protons. Les dernières machines de ce type ont été construites à la fin des années 50.
synchrotron à focalisation forte
Le champ de focalisation est à fort gradient. Il alterne d'un élément à l'autre. Le champ de focalisation
est délivré par des quadripôles. L'amplitude des oscillations bétatron est limitée (à condition d'éviter les
résonances) ce qui permet d'utiliser des aimants de dimensions raisonnables et donc d'accroître l'énergie
de la machine. Tous les synchrotrons actuels marchent selon ce principe.
synchrotron à gradient alterné
Cycle de fonctionnement
Une focalisation forte est obtenue en disposant
alternativement sur la circonférence de la machine des
aimants à double fonction (courbure+ focalisation) selon la
figure présentée ci-contre ( synchrotron AGS (Alternate
Gradient Synchrotron) de Brookhaven ).
Nous allons maintenant déterminer les relations qui relient l'énergie des particules (ou leur quantité de
mouvement) au champ magnétique et à la fréquence HF , en d'autres termes le cycle de fonctionnement
d'un synchrotron.
Soit:
la dimension de l'interstice d'accélération ;
la tension maximale appliquée sur ce gap ;
la phase de synchronisation de la machine ;
la quantité de mouvement de la particule en phase ;
sa vitesse .
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