M2 Synchrotron et anneau de stockage

Topique

Un synchrotron est une machine circulaire où des particules effectuent de nombreux passages répétés à travers le même réseau d'aimants et de cavités radiofréquences décrit dans la section « Principes fondamentaux », gagnant de l'énergie par petits incréments à chaque passage. Contrairement à un cyclotron – une machine circulaire plus ancienne où le rayon de l'orbite augmente avec l'énergie – dans un synchrotron, le rayon reste fixe : à mesure que l'énergie de la particule augmente, le champ des aimants dipolaires augmente de manière synchrone pour la maintenir sur la même trajectoire circulaire, d'où le nom de la machine. Ce processus d'augmentation progressive du champ magnétique en fonction de l'énergie du faisceau est appelé rampe d'énergie, et sa durée dépend de la taille de la machine et de la rapidité avec laquelle ses aimants peuvent réagir sans générer de courants de Foucault ou, dans le cas d'aimants supraconducteurs, sans risquer la perte de supraconductivité, ce qui, comme indiqué dans la section « Principes fondamentaux », constitue leur point faible. Une fois que la machine a atteint son énergie nominale de fonctionnement, elle peut fonctionner en mode anneau de stockage : le faisceau circule alors de manière stable pendant une période prolongée, tandis que des expériences utilisent ce faisceau en circulation pour le faire entrer en collision avec un autre faisceau, l'extraire vers une cible fixe ou exploiter le rayonnement synchrotron qu'il émet en continu. Le maintien d'un faisceau en circulation stable pendant des heures, et non seulement pendant la brève durée d'une accélération, dépend crucialement de la qualité du vide décrite dans la section « Principes fondamentaux », de la correction précise de l'optique du faisceau et du maintien du nombre d'onde bétatron hors des résonances dangereuses déjà mentionnées. Par conséquent, ce module, qui commence par une rampe augmentant l'énergie par paliers, se termine par le maintien, à son énergie finale, d'un équilibre par le même anneau, équilibre qui dépend de tous les éléments décrits dans la section « Principes fondamentaux ».

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