mardi 26 mai 2020

SCIENCES.ENERGIES.ENVIRONNEMENT/LA MONDE SELON LA PHYSIQUE/ /2020 SEMAINE 21 P2


Le courrier de  ce matin je l’ai ouvert après un commentaire inscrit sur mon article d hier ….Et chers lecteurs vous allez constater sur ma traduction d’aujourd’hui pourquoi les USA   ne mettent pas tous leurs œufs dans le même panier !

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From  SCIENCE X NEWSPAPER  to R.O.HARTMANSHENN

 « Energy-recovery linear accelerator proposed for next-generation physics research
by Karen McNulty Walsh, Brookhaven National Laboratory

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L’accélérateur linéaire à récupération d'énergie proposé pour la recherche en physique de la prochaine génération
par Karen McNulty Walsh, Brookhaven National Laboratory
 
 Energy-recovery linear accelerator proposed for next-generation physics research
    photo :
Agencement possible d'un collisionneur électron-positon à linac  ( accélérateur linéaire)à récupération d'énergie (ERL). Les faisceaux d'électrons et de positrons seraient chacun accélérés par étapes pendant quatre passages à travers deux linacs supraconducteurs, se déplaçant dans des directions opposées à travers l'anneau de 100 kilomètres de circonférence après chaque passage d'accélération. Lorsque les particules atteignent l'énergie maximale (250 milliards d'électrons volts, ou GeV, comme indiqué sur le graphique en encadré), elles sont mises en collision dans l'un des détecteurs (D1, D2). Après les collisions, les faisceaux brisés seraient ralentis et refroidis dans des anneaux d'accélérateur à faible énergie (2 GeV) avant de répéter encore et encore le processus d'accélération-collision-décélération. Crédit: Brookhaven National Laboratory
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Tandis que les physiciens élaboraient des plans pour la construction d'un collisionneur électron-ion (EIC) - une installation de physique nucléaire de prochaine génération qui sera construite au Brookhaven National Laboratory pour la recherche en physique nucléaire du département américain de l'Énergie - ils  se sont mis  sur  diverses options pour accélérer les faisceaux d'électrons. Une approche, développée par des scientifiques du Brookhaven Lab et de la Stony Brook University, consistait à utiliser un accélérateur linéaire à récupération d'énergie (ERL). L'ERL amènerait les électrons à l'énergie nécessaire pour sonder la structure interne des protons et des noyaux atomiques, puis ralentirait les électrons et réutiliserait la majeure partie de leur énergie. La R&D visant à développer le BRE innovant pourrait finir par avoir un impact majeur dans un autre domaine de la physique - la physique des particules à haute énergie, où les besoins en énergie rendent ses fonctions d'économie d'énergie particulièrement attrayantes.


"La consommation d'énergie des instruments scientifiques pour les expériences de physique des particules a régulièrement augmenté. Pour effectuer des recherches durables, les physiciens étudient des moyens de réduire cette consommation d'énergie", a déclaré Thomas Roser, chef du département Collider-Accelerator du Brookhaven Lab, l'un des scientifiques qui ont développé le Approche ERL.

Dans un article qui vient d'être publié dans la revue Physics Letters B, les auteurs décrivent comment leurs innovations pourraient « apprivoiser » les besoins en énergie d'un collisionneur électron-positon (e-e +) - un centre de recherche de nouvelle génération en physique des particules à haute énergie en discussion pour de possibles construction future en Europe.
La communauté de la physique des particules en est aux premières étapes de la planification d'un éventuel futur collisionneur électron-positon, notamment en discutant de divers modèles et emplacements. Dans chacune de ces configurations, l'installation amènerait des faisceaux d'électrons chargés négativement (e-) dans des collisions avec leurs homologues d'antimatière chargés positivement, appelés positrons (e +), pour mener des études de précision des propriétés du boson de Higgs. C'est la particule découverte au Grand collisionneur de hadrons (LHC) en Europe en 2012 qui est responsable de la transmission de la masse aux particules les plus fondamentales dans le modèle standard de physique des particules.

"En savoir plus sur les propriétés de la particule de Higgs et ses interactions avec d'autres particules aiderait les scientifiques à découvrir le mécanisme qui sous-tend cet important fondement du fonctionnement de notre univers, et peut-être à découvrir des divergences qui pointent vers l'existence de nouvelles particules ou  vers  d'une" nouvelle physique "", a déclaré Brookhaven. la physicienne Maria Chamizo-Llatas, co-auteur de l'article.

L'une des conceptions possibles est un «anneau de stockage» de 100 kilomètres de circonférence basé au laboratoire européen du CERN (qui abrite le LHC circulaire de 27 kilomètres). Des faisceaux d'électrons et de positrons circuleraient à travers l'anneau de stockage en continu et entreraient en collision à plusieurs reprises pour produire les données souhaitées. Une autre conception consisterait en deux grands accélérateurs linéaires qui produisent des  collisions  frontales en ligne droite.
Les besoins en énergie pour ces deux configurations approchent des centaines de mégawatts, a déclaré Roser - suffisamment d'énergie pour alimenter des centaines de milliers de foyers.

Dans un anneau de stockage, a noté Roser, beaucoup d'énergie se perd sous forme de rayonnement "synchrotron", un type d'énergie émise par des particules chargées qui changent de direction en se déplaçant autour du cercle (imaginez la façon dont l'eau  se pulvérise  d’ une serviette mouillée si vous la  faites tourbillonner ) au-dessus de votre tête). "Plus l'énergie est élevée, plus la perte d'énergie du synchrotron est importante", a déclaré Roser, et plus il est nécessaire de compenser cette perte en ajoutant plus d'énergie pour empêcher les particules d'entrer en collision.

Dans un collisionneur utilisant des accélérateurs linéaires, aucun rayonnement synchrotron n'est émis. Mais les faisceaux utilisés sont éjectés  après un seul passage à travers l'accélérateur. Cela signifie que l'énergie du faisceau, ainsi que toutes les particules du faisceau, sont perdues. Il faut plus d'énergie pour accélérer encore et encore les faisceaux de particules.

Les physiciens de Brookhaven et de Stony Brook affirment que leurs composants ERL de récupération d'énergie et de recyclage des faisceaux pourraient résoudre les problèmes clés des deux conceptions alternatives. Comme décrit dans le nouveau document, cela réduirait la puissance électrique nécessaire au fonctionnement de l'installation en forme d'anneau de 100 km en cours de discussion en Europe à un tiers de ce qui serait nécessaire sans ERL. Et, en rafraîchissant les faisceaux de particules tout en récupérant et en réutilisant leur énergie, cela éliminerait le besoin de vider et de remplacer les faisceaux tout en permettant des collisions en un seul passage de particules étroitement emballées pour un impact physique maximal.

Le ERL serait constitué de cavités supraconductrices à radiofréquence (SRF) et agirait comme "un perpetuum-mobile d'une sorte inventé dans les années 1960 par Maury Tigner à l'Université Cornell", a expliqué Vladimir Litvinenko, professeur de physique à l'Université de Stony Brook avec un joint rendez-vous au Brookhaven Lab. "Le principal avantage des cavités SRF est qu'elles consomment très peu d'énergie pendant leur fonctionnement. Elles sont parfaitement adaptées pour accélérer de nouvelles particules en récupérant l'énergie des particules utilisées", a-t-il expliqué.

Pour un collisionneur e-e +, un ERL multipasse accélérerait les deux ensembles de particules par étapes à une énergie de plus en plus élevée chaque fois qu'ils traversent l'accélérateur linéaire SRF. Après chaque étape d'accélération, les particules se faufilaient à travers un tunnel en forme d'anneau de 100 kilomètres vers l'accélérateur linéaire pour l'étape suivante d'accélération; les électrons se déplaçant dans une direction et les positrons dans l'autre sens. Le fait de faire voyager les particules sur un si grand chemin circulaire aide à réduire l'énergie perdue sous forme de rayonnement synchrotron.

"Après être entrés en collision avec l'énergie la plus élevée, les électrons et les positrons restitueraient  leur énergie en passant par le même accélérateur, mais  en décélérant", a déclaré Litvinenko. "Pendant la décélération, l'énergie des particules est capturée dans les cavités SRF pour être utilisée pour accélérer le prochain lot de particules."

Surtout, non seulement l'énergie mais aussi les particules elles-mêmes seraient recyclées après les collisions. Des composants de refroidissement supplémentaires garantiraient que les particules restent bien emballées pour maintenir des taux de collision élevés mais  avec des besoins en énergie relativement faibles.

"En apprivoisant le besoin de puissance et en réutilisant les particules dans un collisionneur e-e +, notre conception permettrait aux scientifiques d'effectuer des recherches de pointe de manière durable", a déclaré Roser

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Transformative 'green' accelerator achieves world's first 8-pass full energy recovery
More information: Vladimir N. Litvinenko et al. High-energy high-luminosity e+e− collider using energy-recovery linacs, Physics Letters B (2020). DOI: 10.1016/j.physletb.2020.135394
Journal information: Physics Letters B
Provided by Brookhaven National Laboratory

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 MES COMMENTAIRES
Ce n’est pas sur  le  dispositif de récupération d’énergie que j’ai quelque chose à dire !Pousser la puissance des chocs  sur   le LHC   dans sa configuration améliorée  actuelle  est encore possible  mais je ne vois pas en quoi  affiner  le repérage du boson de HIGGS   est utile  ….En revanche étudier  la diversité des modes de décomposition l’est encore ….ainsi que les caractéristiques de son champ … mais ça le LHC   peut le faire   et tant pis si c’est en dépensant un peu trop de kilowatts !
Je tiens à  rappeler   que les américains  sont rentrés  en retard  et « presque  à reculons »  dans la  création du CERN  et dans son financement……etc     et comme souvent quand ils voient que les choses avancent  veulent reprendre le leadership   .  Je   l’ ai déjà souligné hier dans  mon article  sur l’installation ITER  


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