Matières

ACCELERATEUR LINEAIRE LINAC2 DU CERN

Mots clés : mouvement d’une particule chargée dans un champ électrique uniforme, accélérateur de particules chargées.

L’accélérateur linéaire « Linac2 » permet de communiquer une vitesse importante aux protons que les cher-cheurs utilisent ensuite dans les expériences menées au laboratoire européen pour la physique des particules (CERN) afin d’explorer la structure de la matière. Les protons, initialement au repos, atteignent l’énergie de 50 MeV à la sortie de l’accélérateur. Ils pénètrent alors dans le « Synchrotron injecteur », le maillon suivant de la suite d'accélérateurs du CERN, qui les porte à une énergie encore plus élevée.

Données :

• Charge du proton : $e=1,6\cdot {10}^{-19}C$
• Masse du proton : $m_p=1,67\cdot {10}^{-27}kg$
• Champ de pesanteur terrestre : $g=9,81m\cdot s^{-2}$
• $1eV=1,6\cdot {10}^{-19}J$
• $1MV={10}^{6}V$

« Linac2 » est un accélérateur linéaire dans lequel les protons passent par une succession de zones modéli-sables par des condensateurs plans et où règne un champ électrique et de zones où ne règne aucun champ élec-trique. Dans une première partie, l’étude porte sur l’accélération initiale des protons par un condensateur plan, puis dans une seconde partie, sur le principe des accélérations successives des protons dans le « Linac2 ».

1. Accélération initiale des protons dans un premier condensateur plan

Un proton entre dans le condensateur plan avec une vitesse initiale nulle en O (figure 1). Une tension électrique positive $U=V_1–V_2$ est appliquée entre les plaques du condensateur séparées d’une distance $d$. Le champ électrique $\overrightarrow{E}$ créé entre les plaques est supposé uniforme, dirigé da...