Accélérateur de particules

[samoth1234]

Bonjour,

je me pose une question et je ne trouve malheuresement pas de réponse simple à cette question : pourquoi l'accélérateur de particules du CERN est t'il aussi grand ? Pourquoi ne pas se contenter d'un petit accélérateur de particules de la taille d'un petit laboratoire pour étudier le comportement des particules ?

Ne serait-il pas possible de créer un petit accélérateur de particules fonctionnant de la manière suivante : une turbine tournant dans le vide et entraîné par des électro-aimants. Plus la turbine tourne rapidement, et plus elle est entraînée par les électroaimants, ce qui augmente donc de manière incrémentale sa vitesse de rotation. Il suffirait ensuite d'intégrer dans le vide de la turbine des particules chargés électriquements (des ions) pour que ces particules soient également entraînées dans la rotation. Est-ce qu'un tel accélérateur de particules serait concevable ?

Cordialement,
-----

[LPFR]

Bonjour et bienvenu au forum.
Vous êtes vraiment loin du problème. La vitesse de ces particules dont on a besoin est presque égale à la vitesse de la lumière. La vitesse des pâles d’une turbine se situe vers les m/s (quelques 300 millions de fois plus lentes)..
Et si les anneaux sont si grands c’est que, en raison de leur vitesse et leur masse, ces particules sont très peu déviées par les champs magnétiques (pourtant énormes) des électroaimants utilisées. Il faut les faire passer à travers un tas de zones avec des champs magnétiques pour arriver à leur faire faire un tour complet.
Au revoir.

[samoth1234]

La vitesse des pâles d’une turbine se situe vers les m/s (quelques 300 millions de fois plus lentes)..

Bonjour, Oui je comprends tout à fait. Je vous remercie pour ces précisions, mais du coup pourquoi la vitesse de rotation d'une turbine est limitée à quelques m / s car imaginons par exemple que cette turbine tourne dans le vide, donc du coup il n'y a normalement aucun obstacles puisque le vide ne doit théoriquement pas freiné les pâles de la turbine. Si on augmente progressivement (via des électroaiments) la vitesse de rotation, théoriquement on devrait obtenir une vitesse de plus en plus élevée, pourquoi ne serait-il pas possible d'atteindre également une vitesse proche de la vitesse de la lumière ?

[invite07941352]

Bonjour,
Pour la dire la même chose autrement ...
On part d'un principe fondamental de la dynamique classique :
Pour garder une particule se déplaçant sur un cercle, vous devez appliquer constamment sur la particule une force dirigée vers le centre du cercle .
Plus le cercle est grand , plus cette force nécessaire peut être faible .
C'est l'intensité d'un champ magnétique qui donne cette force nécessaire .
Comme l'intensité de ce champ est limitée par la technologie , il ne vous reste plus qu'à agrandir le rayon du cercle si vous voulez augmenter la vitesse de la particule , pour la garder dans la machine !

Maintenant , on peut éviter " ce défaut " en accélérant la particule en ligne droite .
Mais cela devient vite pas très pratique ... On s' est arrêté à 3.2 km de longueur en 1962 à Stanford , pour ce type de machines .


Je pense que votre turbine sera détruite par forces d'inertie avant d'avoir atteint une vitesse intéressante , à calculer ...

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite07941352]

re,
De plus , ce ne sont pas les aimants qui accèlérent les particules ; ils se contentent de les diriger .
Ce sont les " espaces d'accélération " qui accèlérent peu à peu les particules à chaque passage .

[pm42]

. Si on augmente progressivement (via des électroaiments) la vitesse de rotation, théoriquement on devrait obtenir une vitesse de plus en plus élevée, pourquoi ne serait-il pas possible d'atteindre également une vitesse proche de la vitesse de la lumière ?

En plus des remarques déjà faites :
Est ce que le vide est parfait ?
Est qu'il n'y a aucun frottement sur l'axe ?
Quelle force centrifuge va s'exercer sur les pales et quel matériau va résister ?
Quel doit être la qualité de l'équilibrage pour éviter des vibrations destructrices ?

Les 3 dernières questions posent déjà des problèmes pour faire tourner des turbines à des dizaines de milliers de tours/min. Là, pour une turbine de 1m de rayon et pour approcher 1/10 de la vitesse de la lumière, on serait en millions de tours/min (sauf erreur de calcul bête).

[samoth1234]

Je pense que votre turbine sera détruite par forces d'inertie avant d'avoir atteint une vitesse intéressante , à calculer ...

Bonjour,

merci pour votre réponse.

ah oui je comprends mieux maintenant pourquoi cet accélérateur est donc ainsi aussi long et grand. Oui j'ai vu de petits accélérateurs de particules sur le Web dans des laboratoires en lignes droites de quelques mètres de longueur. A priori, d'après ce que j'ai compris, les vieux téléviseurs équipés de tubes cathodiques seraient équipés d'un tube cathodique accélérant les électrons (petit accélérateur de particule).

Pourquoi la vitesse maximale d'une turbine serait donc limitée par la force d'inertie car en théorie on est dans le vide, et donc il ne devrait avoir aucun frottement avec l'air ou d'autres particules ? Je n'arrive pas à comprendre pourquoi la turbine serait limitée par une vitesse maximale ?

[samoth1234]

Les 3 dernières questions posent déjà des problèmes pour faire tourner des turbines à des dizaines de milliers de tours/min. Là, pour une turbine de 1m de rayon et pour approcher 1/10 de la vitesse de la lumière, on serait en millions de tours/min (sauf erreur de calcul bête).

En fait, ce que j'avais prévu de réaliser comme expérience, c'est de prendre une roue d'un vieux vélo, d'installer cette roue dans une "boîte dans le vide", d'installer sur cette roue des électroaimants, et d'accélérer ensuite cette roue via d'autres électroaimants fixé autour de la roue, qui dès qu'ils détecteront un électroaimant de la roue très proche enclencheront une petite impulsion qui viendra accélérer la roue et ainsi de suite... Donc du coup dans mon raisonnement, j'arrive pas à voir l'erreur car si le vide est parfait, en théorie il n'y a rien qui peut freiner cette roue et la roue devrait théoriquement atteindre une vitesse proche de la vitesse de la lumière par accélération successive.

Maintenant effectivement, la roue sera fixé de toute façon sur son socle... Donc là du coup il y aura très certainement un frotement au niveau du socle ? La solution serait peut-être d'intégrer dans cette boîte des supraconducteurs refroidis à la température critique et de faire léviter la roue au-dessus des supraconducteurs pour éviter tout frotement au niveau du socle ? Si on part de ce principe là, est-ce que vous pensez qu'il serait possible d'atteindre une vitesse proche de la vitesse de la lumière ?

[pm42]

Si on part de ce principe là, est-ce que vous pensez qu'il serait possible d'atteindre une vitesse proche de la vitesse de la lumière ?

La réponse t'a été donnée, tu n'arriveras même pas à la faire tourner vite pour de très nombreuses raisons...
Au fait, comment vas tu alimenter les électro-aimants sur la roue ?
Comment va tu faire un vide "parfait" ?
Es tu sur de pouvoir faire léviter ta roue magnétiquement et de la faire tourner sans que tes champs magnétiques s'y opposent ?
Au fur et à mesure qu'elle accélère, tes électro-aimants vont devoir s'activer/désactiver de plus en plus vite. Est ce que c'est possible ? Quelle quantité d'énergie va tu donner à chaque fois ?

Et quelle énergie aurait une roue de vélo qui tourne à une vitesse proche de la vitesse de la lumière ? Tu l'as calculé ? Parce que j'ai l'impression qu'avec tes électro-aimants, tu vas avoir besoin d'une bonne part de l'électricité produite par les réacteurs nucléaires français...

Enfin, un dernier point : tu crois vraiment que tu peux avec une roue de vélo et des électro-aimants construire l'équivalent du LHC qui a couté des milliards et nécessité des milliers d'ingénieurs sur des années ?

[samoth1234]

Au fait, comment vas tu alimenter les électro-aimants sur la roue ?

En fait, à la base j'avais prévu d'installer des électro-aimants qu'autour de la roue, en sachant que la roue pourrait par exemple être équiper d'aimants. Les électro-aimants pourraient ainsi, en fonction de la position détectée électroniquement, envoyer une impulsion électrique pour automatiquement attirer les aimants et accélérer ainsi la vitesse de la roue.

Comment va tu faire un vide "parfait" ?

Aucune idée ! J'imagine que ça ne doit pas être facile, voire même impossible, mais j'essaye simplement de comprendre les erreurs dans mon raisonnement. Je sais que vous m'avez donné un paquet de réponses mais reste que ça reste encore flou pour moi car sans frotement et dans le vide, je ne vois pas pourquoi la vitesse maximale de la roue serait limitée.

Es tu sur de pouvoir faire léviter ta roue magnétiquement et de la faire tourner sans que tes champs magnétiques s'y opposent ?

Je pense que ça doit être faisable.

Au fur et à mesure qu'elle accélère, tes électro-aimants vont devoir s'activer/désactiver de plus en plus vite. Est ce que c'est possible ? Quelle quantité d'énergie va tu donner à chaque fois ?

L'idée de faire tourner la roue dans le vide sans frottement, c'est justement de pouvoir faire ce petit système d'accélérateurs pouvant s'autoaccélérer progressivement sans de grosses énergies. Après je n'en sais rien.

Et quelle énergie aurait une roue de vélo qui tourne à une vitesse proche de la vitesse de la lumière ? Tu l'as calculé ? Parce que j'ai l'impression qu'avec tes électro-aimants, tu vas avoir besoin d'une bonne part de l'électricité produite par les réacteurs nucléaires français...

Est-ce que pour calculer l'énergie nécessaire, il faut prendre la masse de l'objet et la vitesse de la lumière, comme la formule d'Einstein ? (E = mc2) ? Ou une autre formule ? C'est ça que je n'arrive pas à comprendre :

- la roue tourne dans le vide
- elle est accéléré via des électroaimants s'activant en fonction de la position de la roue. La position de la roue serait détectée électroniquement (=> ça je suis capable de le faire. Après je suis d'accord, il y a aussi la vitesse de calcul de la position + activation / désactivation à gérer et je pense qu'il doit y avoir une limite à ce niveau mais avec la puissance des processeurs (j'ai pas fait le calcul) mais on doit pouvoir tolérer des millions de tours par minute je pense).
- plus la roue s'accélére, et plus la vitesse est élevée
- si elle est mise en lévitation au-dessus d'un supraconducteur, en théorie il n'y aura donc aucun frottement même au niveau du socle ?

Donc, comment faire pour calculer la vitesse maximale dans ces conditions ?

[Deedee81]

Bonjour,

Pour celui qui veut s'amuser avec ce genre de technologie, le plus simple est sans doute de s'orienter vers les accélérateurs linéaires.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Ph%C3%...3.A9nol.C3.A9s
En particulier de ce type ;
https://fr.wikipedia.org/wiki/G%C3%A..._Van_de_Graaff

C'est proche de la technologie des tubes de télévision cathodique. Le canon à électrons est un accélérateur de particules !
Mais on peut faire nettement mieux qu'une tv si on est bon bricoleur.

Attention toutefois. Avec ce genre de bricolage, on arrive vite à manipuler des tensions électriques énormes. J'ai eut 30000 V dans les pattes, j'ai de la chance d'être encore de ce monde. Donc, prière de ne pas faire n'importe quoi. Et je ne donnerai pas, ici, de conseil sur la manière d'y arriver. Je te laisse te documenter.

Mais faut pas rêver. A défaut de vitesse de la lumière, c'est à des années-lumières de ce qui se fait au LHC. L'énergie communiquée aux protons dans le LHC nécessiterait des tension électrique de plusieurs millions de milliards de Volt !!!! Mais on peut toujours bricoler et se passionner.

[samoth1234]

C'est proche de la technologie des tubes de télévision cathodique. Le canon à électrons est un accélérateur de particules !
Mais on peut faire nettement mieux qu'une tv si on est bon bricoleur.

Bonjour,

Oui effectivement j'avais vu que la télévision cathodique contenant un tube cathodique qui est un accélérateur de particules. J'aurai une autre question par rapport à ça d'ailleurs et je n'ai pas trouvé de réponse : je me rappele quand j'étais jeune, j'avais un vieux téléviseur cathodique, et je m'amusais à mettre des feuilles de papier qui restaient systématiquement "collés" à l'écran comme si elles étaient attirées. J'ai jamais compris pourquoi...

Après ce que j'aurai voulu bricoler c'est un petit accélérateur de particule avec une simple roue de vélo, où d'abord j'accélére la roue et ensuite j'intégre dans le système des "ions" pour les accélérer dans le système.

Oui il faut faire attention avec le nombre de Volts, mais j'ai pas envie de m'amuser avec ça c'est trop dangereux !

[Dynamix]

Salut

sans frotement et dans le vide, je ne vois pas pourquoi la vitesse maximale de la roue serait limitée.

En tout premier lieu : la force centrifuge ferait exploser ta roue .

ce petit système d'accélérateurs pouvant s'autoaccélérer progressivement sans de grosses énergies.

Un système qui s' auto accélère
Et de plus sans de grosse énergies ...
Quelque soit le moyen employé , l' énergie dépensée est au moins égale à l' énergie acquise .
L' énergie acquise c' est l' énergie cinétique , qui augmente , dans le domaine newtonien , comme le carré de la vitesse de rotation .

Est-ce que pour calculer l'énergie nécessaire, il faut prendre la masse de l'objet et la vitesse de la lumière, comme la formule d'Einstein ? (E = mc2)

E = mc² , c' est l' énergie du système au repos .
Contente toi du domaine newtonien , c' est amplement suffisant à ton niveau .

[samoth1234]

Quelque soit le moyen employé , l' énergie dépensée est au moins égale à l' énergie acquise .
L' énergie acquise c' est l' énergie cinétique , qui augmente , dans le domaine newtonien , comme le carré de la vitesse de rotation .

Ah d'accord je vois, mais dans le vide (on va dire pour simplifier "parfait", au moins dans des proportions équivalentes dans l'espace) est-ce que la roue va dépenser de l'énergie si elle ne frotte pas avec l'air ? Car du coup, un projet d'exploration spatial consistait à simplement accélérer les voiles solaires avec la lumière des étoiles, et vu qu'il n'y a presque rien dans l'espace, en théorie les voiles devaient théoriqiuement accélérer lentement mais progressivement (d'où mon idée d'appliquer le même raisonnement avec ma roue), après l'énergie dépensée avec les voiles consiste à la propulsion ?

Pourquoi dans mon exemple avec la roue ça ne serait pas possible si on est dans le vide ?

Pour la force centrifuge, je vois ce que tu veux dire, mais est-ce que tu penses qu'une telle force s'appliquera également à ma roue car une voiture tournant en rond ce n'est qu'un seul élément qui ne couvre qu'une petite portion seulement de la périphérie du cercle, mais ma roue couvre toute la périphérie, car d'après ce que j'ai pu voir la force centrifuge est l’effet ressenti dû aux mouvements de rotation de ces référentiels et se traduit par une tendance à éloigner les corps du centre de rotation, mais vu que ma roue est circulaire, le centre de rotation correspond en réalité au centre de la roue, et donc théoriquement tout les côtés devraient s'éloigner en même temps, ce qui aura donc ainsi pour conséquence de stabiliser l'ensemble de la roue ? Après je pense que tu as raison, mais c'est comme ça que je vois la chose avec mes connaissances en physique limitées.

[pm42]

tout les côtés devraient s'éloigner en même temps, ce qui aura donc ainsi pour conséquence de stabiliser l'ensemble de la roue ?

La force va bien s'exercer partout mais cela ne va pas la stabiliser, cela va la détruire. Chaque point du bord de ta roue va être tirer vers l'extérieur avec une force très grande.

[samoth1234]

La force va bien s'exercer partout mais cela ne va pas la stabiliser, cela va la détruire. Chaque point du bord de ta roue va être tirer vers l'extérieur avec une force très grande.

Ah d'accord, oui je comprends mieux maintenant ! Merci Donc c'est pas possible avec cet exemple de roue.

Sinon mon seul objectif c'était simplement d'accélérer des ions à une vitesse proche de la vitesse de la lumière mais du coup je me demande si il ne serait pas possible de créer un simple dispositif (cylindre vide "quasi parfait" pour injecter des ions, accélérer les ions avec des électroaimants sur le tour), est-ce que vous pensez que ce serait faisable ?

[PIXEL]

+1... la roue sera "centrifugée" à quelques 10'aines de tours/seconde , on est loin du compte

[Dynamix]

Ah d'accord je vois, mais dans le vide (on va dire pour simplifier "parfait", au moins dans des proportions équivalentes dans l'espace) est-ce que la roue va dépenser de l'énergie si elle ne frotte pas avec l'air

Il faut bien que son énergie cinétique vienne de quelque part .

donc théoriquement tout les côtés devraient s'éloigner en même temps

Tu tires de plus en plus fort sur les rayons de ta roue .
Et tu dilates de plus en plus la jante .

[azizovsky]

les physiciens ont leurs propres 'roues', les cyclotrons ou synchrocyclotrons.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Cyclotron

[pm42]

Sinon mon seul objectif c'était simplement d'accélérer des ions à une vitesse proche de la vitesse de la lumière mais du coup je me demande si il ne serait pas possible de créer un simple dispositif (cylindre vide "quasi parfait" pour injecter des ions, accélérer les ions avec des électroaimants sur le tour), est-ce que vous pensez que ce serait faisable ?

Oui, ça s'appelle un accélérateur de particules et c'est ce qu'on a construit au LHC. Après, leur masse est un sujet à prendre en compte tout comme le rayonnement synchrotron :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_synchrotron

[samoth1234]

Oui, ça s'appelle un accélérateur de particules et c'est ce qu'on a construit au LHC. Après, leur masse est un sujet à prendre en compte tout comme le rayonnement synchrotron :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_synchrotron

Ah d'accord merci pour le lien.