Présentation
Auteur(s)
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Georges FRICK : Ingénieur de l’École Supérieure d’Électricité - Docteur ès Sciences - Ingénieur au Centre de Recherches Nucléaires de Strasbourg
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Lire l’articleINTRODUCTION
La machine électrostatique est ainsi nommée parce qu’elle fait appel aux lois de l’électrostatique à la différence d’autres machines dites électromagnétiques. Bien que des moteurs électrostatiques aient été imaginés, ils n’ont pas eu de succès ; par contre, en tant que générateurs de très haute tension (
0,3 MV), les machines électrostatiques connaissent leur principale application dans le domaine des accélérateurs d’ions ou d’électrons. Cet article porte essentiellement sur ce dernier sujet.
Après quelques considérations générales 1, nous étudierons, d’abord, les grandeurs et paramètres usuels d’un système électrostatique 2. Nous verrons, ensuite, la forme générale que prend un tel système 3, forme principalement déterminée par sa fonction, pour en arriver au dimensionnement 4. Celui-ci est dû à des contraintes physiques comme celles attribuées à l’isolation dans le gaz, qui détermine la géométrie des électrodes conductrices. Le dimensionnement est aussi lié aux propriétés des isolants de structure dans le gaz et dans le vide. Enfin, nous étudierons le système de charge 5, partie essentielle d’une machine électrostatique (le paragraphe 5.3 est repris du texte original rédigé par Noël J. Félici), et le tube accélérateur 6 qui entraîne d’autres problèmes.
Avant d’en donner une description complète 7, nous illustrerons les différents paragraphes par le Vivitron. Nous présenterons également d’autres appareils utilisés couramment 7. Enfin nous parlerons des applications de ces appareils 8 [1] [84] [85] [86].
Le lecteur pourra utilement se reporter, dans ce traité, aux articles Électricité statique. Principes. Problèmes. Applications [87] et Électromagnétisme. Différents aspects [88].
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Considérations générales8. Applications des accélérateurs électrostatiques
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Ces appareils ont été développés, en premier lieu, pour la recherche nucléaire fondamentale et ont conduit à une connaissance très approfondie de la structure et de la dynamique du noyau de l’atome. Les grandes machines ont essentiellement cette vocation et sont particulièrement adaptées à cette étude en raison de leurs qualités de faisceau. Pratiquement, tous les éléments du système périodique peuvent être accélérés.
La stabilité en énergie peut atteindre couramment 1/10 000, avec des faisceaux ayant une émittance, une dispersion angulaire et une dispersion spatiale très faibles. Ils constituent ainsi une sonde idéale par la finesse et la précision des mesures expérimentales possibles. Ces appareils ont été équipés de nombreux dispositifs accessoires – non décrits ici – pour améliorer leur utlisation.
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À des tensions plus faibles (quelques mégavolts), dans les versions tandem ou à simple étage, il y a de très nombreux domaines d’applications.
D’abord, ces machines sont très prisées en physique fondamentale, dans le domaine de la physique nucléaire ou celui de la physique des matériaux.
Ensuite, les procédés développés par les chercheurs en science fondamentale sont utilisés pour la caractérisation non destructive des matériaux. En effet, les interactions entre particules accélérées et la matière bombardée ont une grande spécificité, où interviennent la nature du projectile, son énergie, les distributions angulaires, etc. On observe les produits de réaction ou les rayonnements gamma qui suivent ces interactions.
Le (Annexe, ) donne une indication des possibilités offertes. Retenons-en le procédé PIXE (rayons X induits par protons) ou encore les procédés basés sur les réactions nucléaires (NRA et TLA), qui permettent de déceler des impuretés de l’ordre d’une partie par million.
ExempleLe musée du Louvre, par exemple, a acquis un accélérateur tandem de 2 MV (AGLAE, Accélérateur Grand Louvre d’Analyse Élémentaire ) qui s’ajoute aux autres équipements d’étude du musée. Ses analyses donnent des renseignements précieux sur les œuvres d’art ou les objets archéologiques. On peut déterminer l’âge, ou encore trouver...
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