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synchrotron
A l'intérieur du Synchrotron australien

la synchrotrons Il est un type de accélérateur de particules circulaire et cyclique, dans lequel le champ magnétique (Nécessaire pour la flexion de la trajectoire des particules) et la champ électrique variable (qui accélère les particules) sont synchronisés avec le faisceau de particules elles-mêmes.

Types de synchrotrons

Il existe deux types distincts de synchrotrons, qui diffèrent par l'usage auquel ils sont destinés:

  1. synchrotrons pour l'étude de la physique nucléaire sont construits de manière à accélérer et à entrer en collision les uns avec les autres particules nucléaire et subnucléaire;
  2. synchrotrons pour l'étude de la chimie physique de l'état solide et les surfaces sont construites de façon à produire un rayonnement électromagnétique.

Synchrotron pour l'étude de la physique subnucléaire

Le synchrotron pour étudier la physique des particules élémentaires sont construits de manière à produire des événements caractéristiques de la physique des sous-nucléaire. Pour cette raison, ils accélèrent les particules, le plus souvent électrons et positrons, ou protons et anti-protons à la vitesse suivante celle de la lumière.

Les machines de ce type étaient extrêmement populaires dans la cinquantaine et soixante Lorsque la poursuite de la physique nucléaire était à son apogée. Aujourd'hui, les énergies nécessaires à une étude approfondie de la physique nucléaire sont si élevés pour permettre la construction de très peu d'accélérateurs compétitifs dans le monde entier.

Par conséquent, il n'utilise le terme « synchrotrons » pour désigner des accélérateurs pour la physique nucléaire sous qui sont plutôt indiquée par le terme anglais collisionneur (Collider).

L'un de la première opération majeure était les synchrotrons Bevatron la Lawrence Berkeley National Laboratory, construit en 1954. Il a été ainsi nommé parce que son énergie initiale était de l'ordre de 6,3 GeV, et en anglais a été indiqué que 6,3 milliards de volts d'électrons, en abrégé BeV. Avec cette machine ont été créés éléments chimique artificielle fournie par tableau périodique. en 1955 Il a été découvert l 'antiproton et l'année suivante le 'antineutrone. Dans ces mêmes laboratoires, il a été installé l'un des premiers les chambres à bulles utilisé pour examiner les particules générées par les heurts entre les produits avec l'accélérateur de protons et des atomes sur la plaque fixe.

Le plus grand dispositif de ce type est proposé la Supercollisionneur (SSC), qui aurait dû être construit États-Unis et il utiliserait des aimants superconducteurs. Le projet, déjà en cours de construction a été annulée par le gouvernement pour des coûts excessifs.

Les efforts mondiaux ont mis l'accent sur la construction du Large Hadron LHC (Large Hadron Collider) à CERN, en Europe. Il est une augmentation significative de la technologie de l'accélérateur et toutes les technologies auxiliaires (supraconductivité, réfrigération, détecteurs, analyse de données, etc.). La machine, officiellement inauguré le 21 Octobre 2008, atteint des énergies de 7 TeV en 2010, deux ans énergie de collision ont été réalisées par la suite de 8 dossiers TeV, dossier sera à nouveau cassé en 2015 lorsque le LHC commencera à atteindre son énergie finale de l'utilisation finale: 14 TeV.

L'Italie a une longue tradition dans la production de machines de ce type. en 1958 Il voit la lumière du synchrotron électronique Frascati, voulu par le nouveau Comité national pour la recherche nucléaire (CNRN), Puis est devenu CNEN en 1960 et construit avec l'aide de l'exécutif puis Luciano Cesarini. juste 1960, à la suite de l'intuition ingénieuse de la physique Bruno Touschek, est réalisée dans ces laboratoires AdA (Ring accumulation), la première machine dans le monde à traverser des poutres (collisionneur). L'idée est révolutionnaire à circuler dans l'anneau dans des directions opposées des faisceaux de particules et antiparticules, ce qui les rend entrent en collision à des points définis. Ce système permet d'exploiter toute l'énergie du faisceau et a depuis été adopté par de nombreuses machines accélératrices dans le monde. Après l'achèvement de prototype de AA dans 1967 a été construit le frère aîné ADONE, également utilisé comme source de lumière synchrotron.

en 1971 l 'INFN Elle est séparée de la CNEN (qui en 1982 deviendra ENEA) Est devenu un organisme public et l'année suivante les Laboratoires Frascati sont divisés entre CNEN et INFN. ADONE restera sous la direction de cette entité jusqu'à son arrêt, qui a eu lieu en 1993, pour faire place à une nouvelle machine à DAΦNE. Aujourd'hui, en Italie exploite un Synchrotron moderne de la source lumineuse dans 'SECTEUR parc scientifique de Trieste, qui accueille également le projet EUFELE (laser européen Anneau de stockage électronique gratuit).

opération

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Graphique anneau d'accumulation d'un synchrotron

Le synchrotron est dérivé de cyclotron, dans lequel un champ magnétique constant et un champ électrique alternatif est utilisé pour fréquence constante. Une variante est le synchrocyclotron, où le champ magnétique ou la fréquence du champ électrique sont variables en fonction de l'énergie montante possédée par les particules.

Dans le synchrotron, les deux champs sont contrôlés de façon à maintenir l'orbite du faisceau de particules à l'intérieur d'un récipient en forme de tore (la forme d'un beignet avec un trou) à l'intérieur du câble qui a été pratiqué vide.
En pratique, pour de plus grandes machines de rayon, on les utilise de courtes sections droites, de sorte que la forme générale polygonale à bords arrondis. A chaque coin il y a un aimant pour plier la trajectoire du faisceau.

L 'énergie maximale pouvant être obtenue à partir d'un accélérateur circulaire est limitée par l'intensité des champs magnétiques et de faisceau orbite maximale des particules.

Dans le rayon de cyclotron, il est limité par la taille de la chambre cylindrique dans laquelle les particules se creuser à spirale à partir du centre. Le champ magnétique produit par un aimant est limitée Ordinary saturation la matière, obtenue lorsque tous les domaines magnétiques sont alignés. L'agencement des paires d'aimants ordinaires le long de toute la trajectoire d'un accélérateur entraîne des coûts élevés.

En synchrotrons ces limites sont surmontées en utilisant des faisceaux très étroits focalisés par de petits aimants, mais dont le champ est très concentré. La limite d'énergie applicable à la poutre est déterminée par le fait qu'une particule chargée soumise à l'accélération émet de l'énergie sous la forme de photons. Lorsque l'énergie perdue par émission électromagnétique est équivalent à celui qui est prévu à chaque cycle, le faisceau ne peut pas être encore accélérée. Cette limite est augmentée par la construction d'accélérateurs de plus grand rayon et en ajoutant à chaque tronçon rectiligne de nombreux cavité micro-ondes peut encore accélérer le faisceau. Les particules plus légères (par exemple, électrons) Perdent une plus grande fraction de l'énergie, pour cela dans plusieurs accélérateurs sont des particules utilisées charges d'alimentation lourdes, telles que protons et les noyaux atomiques.

Synchrotron pour la production de rayonnement

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Schéma de principe d'un synchrotron pour la production de rayonnement

La majorité des synchrotrons en exploitation aujourd'hui sont utilisées pour la production de Rayons X collimaté et relativement monochromatique, le soi-disant rayonnement synchrotron.

D'un point de vue pratique de synchrotrons de vue sont l'évolution des machines pour la production de rayons X cathode en cours d'utilisation depuis le début de XX siècle. Le rayonnement est utilisé pour l'étude de physique du solide et des surfaces.

opération

Ces machines sont beaucoup plus petits et relativement moins cher que collisionneurs modernes elles fonctionnent généralement à l'énergie beaucoup plus faible, de l'ordre de quelques-uns soleV. De plus ils utilisent toujours des électrons parce que leur énergie peut être contrôlée avec une plus grande précision.

Les premiers synchrotrons avaient une structure égale à celle de colliders mais, en correspondance avec la bague de courbes d'accumulation, où l'accélération subie par les électrons provoque l'émission d'un rayonnement, sont présents des fenêtres à partir de laquelle le rayonnement a été extrait et transporté à chambres expérimentales.

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Schéma d'un ondulateur. 1) aimants 2) faisceau d'électrons 3) le rayonnement synchrotron

Les synchrotrons de nouvelle génération, construites à partir de années nonante, Ils sont très différents de collisionneurs car ils contiennent des aimants de systèmes conçus pour stimuler la production de rayonnement électromagnétique. Ces systèmes, appelés vague forcer les électrons à suivre des trajectoires sinusoïdal ou spirale; permettre beaucoup plus sortie de lumière collimatée et même polarisation circulaire de la manière souhaitée.

en Italie le plus puissant d'exploitation est synchrotrons installé dans 'SECTEUR parc scientifique de Trieste. La machine fait partie du complexe ELETTRA, capable de produire des faisceaux d'énergie avec 2 à 2,4 soleV, à la disposition de la communauté scientifique internationale pour des expériences dans de nombreux domaines physique, de chimie et dell 'ingénierie matériaux.

applications

Le rayonnement électromagnétique produit par l'accélération de particules chargées à l'intérieur du synchrotron est appelée Le rayonnement synchrotron et il a plusieurs utilisations.

  • cristallographie de protéine et un grand molécules organique et non
  • analyse chimique dans les déterminations de la composition
  • L'observation des cellules vivantes et de leurs interactions moléculaires
  • gravure puce électronique
  • Analyse et contrôle des semi-conducteurs
  • des études de fluorescence
  • Trouver drogue
  • Analyse des matériaux géologie
  • Diagnostic par images médecine

Liste des principales synchrotrons

synchrotron
En dehors des synchrotrons SOLEIL en France
nom Acronyme du nom emplacement notes
Advanced Light Source ALS États-Unis Californie Berkeley
Advanced Photon Source APS États-Unis Illinois Argonne
ALBA synchrotron ALBA Europe Espagne Barcelone
ANKA Synchrotron Strahlungsquelle Europe Allemagne Karlsruhe
Australian synchrotron Australie Melbourne En construction
Pékin Synchrotron Radiation Facility BSRF Chine Pékin
Elektronenspeicherring Berliner Gesellschaft für Synchrotronstrahlung BESSY Europe Allemagne Berlin
Bevatron États-Unis Californie Berkeley démoli
Canadian Light Source CLS Canada Saskatoon
Centre for Advanced microstructures et périphériques CAMD États-Unis Louisiane Baton Rouge
Centre for Advanced Technology (INDUS INDUS-1 et 2) Inde Indore
Adrotherapy Centre national d'oncologie BCNC Europe Italie Pavie
Cornell High Energy Synchrotron ÉCHECS États-Unis New-York Ithaca
DAΦNE Europe Italie Frascati
diamant Europe Royaume-Uni Didcot
Dortmund accélérateur de test électronique DELTA Europe Allemagne Dortmund
Accélérateur électronique Brancard ELSA Europe Allemagne Bonn
Facilité de laboratoire électrotechnique accélérateur électronique (NIJI-II, IV-NIJI, TERAS) Japon Tsukuba
Elettra Synchrotron Trieste Elettra Europe Italie Trieste
European Synchrotron Radiation Facility ESRF Europe France Grenoble
Hamburger Synchrotronstrahlungslabor HASYLAB Europe Allemagne Hambourg
Institut de stockage installations anneau ISA, ASTRID Europe Danemark Aarhus
Laboratoire l'utilisation du verser ELECTROMAGNETIQUE Rayonnement LURE Europe France Orsay
Laboratorio Nacional de Luz Síncrotron LNLS Brésil San Paolo
Grand collisionneur de hadrons LHC Suisse Genève
MAX-lab Europe Suède Lund
Projet Nano-hana Japon Ichihara
National Synchrotron Light Source NSLS États-Unis New-York Brookhaven
Laboratoire national de radiations Synchrotron NSRL Chine Hefei
National Synchrotron Radiation Research Centre NSRRC taiwan Hsinchu
Centre national de recherche Synchrotron NSRC Thaïlande Nakhon Ratchasima
photon usine PF Japon Tsukuba
Laboratoire Pohang Accelerator Corée du Sud Pohang
synchrotron à protons PS Suisse Genève
Sibérie Synchrotron Radiation Center SSRC Russie Novossibirsk
Singapour Light Source Synchrotron SSLS Singapour Singapour
synchrotron SOLEIL Europe France Saint-Aubin
Synchrotron Radiation Laboratory Stanford SSRL États-Unis Californie Menlo Park
Super Photon Ring - 8 GeV (SPring8) Japon Nishi-Harima
Super Proton Synchrotron SPS Suisse Genève
Swiss Light Source SLS Suisse Villigen
Synchrotron Radiation Center SRC États-Unis Wisconsin Madison
Synchrotron Radiation SRS Europe Royaume-Uni Daresbury
Synchrotron rayonnement ultraviolet (SURF III) États-Unis Maryland Gaithersburg
Facilité UVSOR Japon Okazaki
VSX Light Source Japon Kashiwa
max IV Europe Suède Lund En construction

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