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
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
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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
