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L'accélérateur de protons du PSI
Les neutrons et les muons nécessaires aux expériences menées au PSI sont générés en projetant un faisceau de protons très rapides sur une cible – en plomb à la source de neutrons SINQ et en carbone à la source de muons SμS. Dans ce but, les protons sont accélérés dans l'accélérateur pour atteindre environ 80% de la vitesse de la lumière. L'accélérateur de protons est en service depuis 1974 et après de multiples améliorations, il génère actuellement le faisceau de protons le plus intense au monde.
Les protons sont accélérés en trois étapes
Les Protons sont issus d'une source d'atome d'hydrogène et pour atteindre leur vitesse finale trois accélérateurs différents sont nécessaires. Pour le premier étage d'accélération on utilise un accélérateur type Cockcroft-Walton. Les protons sont ensuite injectés dans un petit cyclotron ou ils atteindront une vitesse d'environ 35% de celle de la vitesse de la lumière (ce qui correspond à une énergie cinétique de 72 MeV) avant d'entrer dans le grand cyclotron, qui est la pièce maîtresse de cette installation. Il a un diamètre d'environ 15 mètres, et les protons sont accélérés jusqu'à leur vitesse finale qui est de 79 % de celle de la vitesse de la lumière (Soit une énergie cinétique de 590 MeV).
La pièce maîtresse de l'installation: le cyclotron
Dans un cyclotron, de puissants aimants font en sorte que les particules qui sont accélérées tournent en rond et restent alors concentrées en faisceaux de particules. L'accélération des faisceaux de particules se fait par portions: chaque fois qu'une cavité accélératrice est traversée, de puissants champs électriques exercent une poussée supplémentaire sur les particules. Sur son trajet, le faisceau de particules traverse plusieurs cavités de ce type entre les aimants. Le grand cyclotron du PSI contient huit aimants et quatre cavités. Le faisceau de protons issu du petit cyclotron est envoyé au milieu du grand cyclotron où il est accéléré sur une trajectoire en spirale, avec 186 tours, jusqu'à ce qu'il atteigne sa vitesse finale.
Depuis 2008, l'accélérateur du PSI génère un faisceau de protons de 2200 micro-ampères. Une fois de plus, l'installation a battu son propre record du monde, qu'elle détient depuis 1994 et qu'elle bat régulièrement depuis. Une intensité de faisceau de 100 micro-ampères était prévue lorsque l'accélérateur était encore au stade du projet, ce qui en 1970 était encore considéré comme utopique par bon nombre de personnes.