PARTICULES ÉLÉMENTAIRESAccélérateurs de particules

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Les accélérateurs d’ions lourds et radioactifs

L'utilisation d'ions lourds accélérés (cf. physique nucléaire - Faisceaux d’ions lourds) s'est révélée féconde pour explorer les structures et les états instables des noyaux atomiques ainsi que les multiples réactions nucléaires pouvant se produire dans les étoiles, les supernovae et aussi entre la matière et le rayonnement cosmiques. Poursuivre cette recherche sur les origines et les propriétés de la matière nucléaire demande l'utilisation de faisceaux de noyaux instables présentant un excès important de protons ou de neutrons. Pour obtenir de tels noyaux, deux grandes voies sont utilisées :

– On peut provoquer diverses réactions nucléaires soit en bombardant des atomes très lourds (uranium) par un haut flux de protons, de neutrons ou de rayons gamma et en collectant les produits de fission, soit à l'aide de réactions d'ions plus ou moins lourds sur divers noyaux. On sélectionne, dans les noyaux obtenus, les ions souhaités, puis on les accélère. C'est la méthode I.S.O.L. (Isotopic Separation On-Line) élaborée notamment au Cern et, en France, au G.A.N.I.L.

– On peut aussi projeter des noyaux d'uranium d'énergie élevée sur une feuille de matière et en sélectionner magnétiquement les fragments pour, si on le souhaite, les accélérer ensuite (procédé « en vol » ou in flight, développé à Darmstadt, à Dubna, au Canada...).

Ces méthodes requièrent des sources d'ions (protons, deutérons, ions plus ou moins lourds) très intenses, obtenues par l'action combinée de champs électriques et magnétiques pour ioniser et regrouper les ions. Les progrès obtenus dans ces sources d'ions bénéficient à tous les modèles d'accélérateurs, des petits cyclotrons destinés à détruire les tumeurs par faisceaux d'ions (protonthérapie, radiothérapie par ions carbone) à ceux qui produisent des isotopes médicaux et industriels.

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Évolution depuis 1930 des accélérateurs de particules

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Michel CROZON, Jean-Louis LACLARE, « PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Accélérateurs de particules », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 13 septembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-elementaires-accelerateurs-de-particules/