Accélérateurs linéaires : les particules ne ressentent pas les variations de champ électrique ?

[HTZ]

Bonjour tout le monde,

avant de poser ma question, il me semble nécessaire de présenter un peu le sujet. Il s'agit des accélérateurs de particules linéaires (rien à voir avec le LHC donc) ! Dans le cas où on travaille à basses énergies, il est possible d'utiliser des accélérateurs de particules à "drift tubes" ou "tubes de glissement". Dans l'idée, on souhaite utiliser la force électrique exercée sur une particule chargée par un champ électrique :



On ne peut se contenter d'une seule accélération car cela nous limite en terme de différence de tension et donc en terme d'accélération. En effet la tension de claquage du milieu ambiant est trop vite atteinte. D'où l'idée d'accélérer plusieurs fois les particules grâce à un champ électrique variable.
L'idée est donc la suivante : après une première accélération, la particule pénètre dans un "tube de glissement". Celui-ci est le premier d'une série de plusieurs tubes chargés et dont les potentiels s'alternent (le tube n est "positif", le n+1 sera "négatif", le n+2 sera positif et ainsi de suite) :



Comme on le constate, la polarisation des tubes évolue avec le temps. Cette évolution se fait alors que la particule traverse un "tube de glissement". Ainsi, lorsque la particule est entre le tube n et le n+1, elle est accéléré vers le n+1. Durant sa traversé de ce tube, tous les tubes changent de polarisation, ce qui fait que lorsque notre particule se retrouvera entre les tubes n+1 et n+2, les différences de potentiels entre les deux tubes seront telles que l'accélération se fera toujours dans la même direction.

J'espère que ces explications sont claires ...

Maintenant, ma question est la suivante : pourquoi la particule ne ressent-elle pas le changement de polarisation des tubes lorsqu'elle traverse l'un d'eux ??

J'ai eu une vague explication qui faisait appel au théorème de Gauss, mais elle était floue et je n'ai pas réussi à me convaicre en la reprenant chez moi. Quelqu'un aurait-il une idée ?

Merci d'avance et bonne journée,

HTZ
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[LPFR]

Bonjour et bienvenu au forum.
Si le tube était fermé des deux côtés par un couvercle, j’imagine que ça ne vous pose pas de problème d’accepter que le champ à l’intérieur serait nul.
Le tube n’étant pas fermé, le champ extérieur rentre un peu dans le tube (sur une profondeur de l’ordre du diamètre du tube). Si le tube est long comparé à son diamètre, l’influence du champ aux extrémités est négligeable.
Au revoir.

[HTZ]

Bonjour,

Merci pour la rapidité et la qualité de la réponse : c'est effectivement le fait que le tube soit ouvert (et de longueur finie) qui me posait problème.

Au revoir

[invite07941352]

Bonjour,
Je ne comprend pas votre question ou bien je fais une erreur : comme le montre votre dessin , le tube est à la même polarité ;
Le champ électrique est concentré dans les coupures entre les tubes de glissement et, condition importante ,
la particule doit mettre une demie période pour aller d'une coupure à une autre coupure .

[A voir en vidéo sur Futura]

[HTZ]

Bonjour,

Effectivement les changements de polarité des drift tubes se font à une certaine fréquence et, afin de ne pas freiner les particules, il est nécessaire de calculer la longueur des tubes afin que le temps que met la particules à passer d'un espace "libre" à un autre soit égal à une demi-période.
D'ailleurs, puisque la particule accélère, les "drifts tubes" sont de plus en plus longs.

Ma question portait justement sur le fait que les particules ne soient pas influencées par le changement de polarités lorsqu'elles sont dans les tubes : en effet ceux-ci sont ouverts et de longueurs faibles (de l'ordre de plusieurs dizaines de cm). Mais LPFR m'a expliqué que le champs ne pénétrait pas grandement dans le tube et que de ce fait on avait tout le loisir d'inverser la polarité des tubes sans que les changements de champs électriques ne viennent interférer avec la trajectoire de notre particule.

Merci et bonne journée,

HTZ

[LPFR]

Re.
De plus, il me semble qu’il est plus intéressant que la particule passe d’un tube au suivant près du maximum du signal (qui est sinusoïdal). Donc, je pense (mais ce n’est pas mon domaine), que la particule passe presque tout sont temps dans les tubes et peu entre les tubes, mais au bon moment.
Le gain en énergie de la particule est q.V, indépendamment de la longueur du parcours.
A+