Les accélérateurs de particules

Les accélérateurs sont des dispositifs qui utilisent des champs électromagnétiques pour accélérer des particules chargées à des vitesses relativistes. Ces particules peuvent être des leptons (électrons, positrons) ou des hadrons (protons, ions totalement ou partiellement ionisés). La taille d’un accélérateur peut varier de quelques mètres à plusieurs dizaines de kilomètres. De nombreuses architectures ont vu le jour (LINAC, synchrotron, collisionneur…), et ce sont maintenant de véritables complexes d’accélérateurs qui sont mis en oeuvre. Une première succession d’accélérateurs accélère des particules vers une cible. L’interaction donne naissance à de nouvelles particules (muons, antiprotons, noyaux exotiques…). Ce faisceau de particules secondaire est ensuite filtré, remis en forme pour être à son tour accéléré et interagir avec une autre cible…

Ces grandes installations de recherche font progresser nos connaissances en physique des particules et des hautes énergies, en physique nucléaire, mais aussi en physique de la matière condensée soit directement, soit comme source de rayonnement électromagnétique (synchrotrons, lasers à électrons libres). Citons enfin quelques applications sociétales:

• Radiothérapie
• Proton-thérapie et Hadron-thérapie
• Tests de composants électroniques destinés à l’environnement spatial
• Sources de neutrons de haute énergie pour les futurs réacteurs nucléaires sous-critiques incinérateurs d’actinides mineurs (ADS).
• Sources de neutrons et d’ions pour tester la résistance des matériaux du programme de fusion nucléaire.

En France

Le Grand Accélérateur National d’Ions Lourds (GANIL)

En Europe

Le Centre Européen de Recherche Nucléaire (CERN) :

Outre le plus grand anneau collisionneur au monde (le LHC, 27km de circonférence), le Cern opère de nombreuses lignes accélératrices et expériences: génération et caractérisation d’anti-atomes, accélération d’électrons par sillage plasma (AWAKE), génération de faisceaux de neutrinos, etc…

Le centre de recherche sur les ions lourds GSI (Allemagne)

Célèbre pour l’obtention des éléments chimiques artificiels 113 et 114, le GSI a développé un programme important sur la hadron thérapie. Il mène par ailleurs des expériences couplant des faisceaux d’ions et des lasers de puissance pour l’étude de la matière en condition extrême.