Accélérateurs de particules électrostatiques

[Geb]

Bonsoir,

J'ai lu ici que le premier accélérateur de particules était le générateur de Van de Graaf. Le premier modèle mis au point par Robert Van de Graaf en 1929, pouvait atteindre une différence de potentiel de 80 kV.

Hors, en lisant quelques lignes ici et là sur l'histoire de la radiographie, j'ai trouvé un article prétendant qu'un hôpital utilisait dès 1896 un tube à rayons X (sûrement un tube de Crookes) alimenté par une bobine de Ruhmkorff pouvant atteindre une différence de potentiel de 100 kV.

Pourquoi ne qualifie-t-on pas les tubes à décharge, dont le premier représentant est le tube de Geissler (inventeur de la pompe à déplacement de mercure) en 1857, d'accélérateurs de particules (en l'occurence, des électrons) ?

Aussi, était-il envisageable, à la fin du XIXe siècle, d'utiliser une bobine de Ruhmkorff pour accélérer des protons jusqu'à une énergie de disons 100 keV ?

Cordialement.
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[phys4]

Pourquoi ne qualifie-t-on pas les tubes à décharge, dont le premier représentant est le tube de Geissler (inventeur de la pompe à déplacement de mercure) en 1857, d'accélérateurs de particules (en l'occurence, des électrons) ?

Aussi, était-il envisageable, à la fin du XIXe siècle, d'utiliser une bobine de Ruhmkorff pour accélérer des protons jusqu'à une énergie de disons 100 keV ?

Cordialement.

Bonsoir,
C'est une bonne idée. Je vois deux différences :
- l'accélérateur de particules est un moyen de mesure des interactions qui demande stabilité et précision, c'est possible avec un générateur continu comme le Van de Graaf.
il peut donner un flux très précis en énergie. La bobine de Ruhmkorff est un générateur d'impulsions courtes de forme mal définie.

- le but de cette bobine était l'accélération d'électrons pour la production de rayons X, donc elle alimentait les électrodes du tube et non une cavité à ions. Le générateur électrostatique était prévu pour n'importe quel type d'ion.

Ces différences seraient moins sensibles de nos jours puisque l'on construit des accélérateurs pour un type particulier de particules, y compris des électrons.

[Geb]

Je vous remercie pour votre prompte réponse.

Donc, si je comprends bien, le générateur de Van de Graaf, à la différence de la bobine de Ruhmkorff, était un canon à ions dont le faisceau avait une énergie assez stable et dont la calibration était assez précise pour être utilisé d'une façon pratique dans les premières expériences de physique nucléaire.

Est-ce le fonctionnement en mode pulsé de la bobine qui la désavantage par rapport au générateur continu dans l'accélération d'ions ?

Qu'est-ce qu'une cavité à ions et quel est son rôle dans un accélérateur électrostatique ?

En quoi la présence des électrodes modifie-t-elle la capacité du dispositif à accélérer des ions plutôt que des électrons ?

À ma connaissance, un tube de Crookes est empli d'un gaz à basse pression. Les ions de ce gaz n'étaient-ils pas soumis à une accélération également ?

Cordialement.

[phys4]

Je vous remercie pour votre prompte réponse.

Donc, si je comprends bien, le générateur de Van de Graaf, à la différence de la bobine de Ruhmkorff, était un canon à ions dont le faisceau avait une énergie assez stable et dont la calibration était assez précise pour être utilisé d'une façon pratique dans les premières expériences de physique nucléaire.

Est-ce le fonctionnement en mode pulsé de la bobine qui la désavantage par rapport au générateur continu dans l'accélération d'ions ?

Pendant les impulsions, le potentiel varie constamment, le faisceau de particules a donc un spectre d'énergie très large, on peut dire que quasiment toutes les particules ont des énergies différentes. L'analyse des effets n'en sera pas simplifiée.

Qu'est-ce qu'une cavité à ions et quel est son rôle dans un accélérateur électrostatique ?

La cavité est un petit module en U, au fond de laquelle des ions sont créés par un filament ou envoyés par un dispositif extérieur. Le but étant de fabriquer un type connu d'ions constituant une source aussi petite que possible.

En quoi la présence des électrodes modifie-t-elle la capacité du dispositif à accélérer des ions plutôt que des électrons ?

À ma connaissance, un tube de Crookes est empli d'un gaz à basse pression. Les ions de ce gaz n'étaient-ils pas soumis à une accélération également?

Le gaz résiduel permet de d'avoir des ions qui vont bombarder la cathode et provoquer l'émission d'électrons. Le potentiel donne une vitesse beaucoup plus faible aux ions.
A l'époque ce tube a permis la découverte des électrons, première particule identifiée. La séparation des atomes en ions et électrons n'était pas soupçonnée et l'hypothèse des atomes était controversée, et souvent rejetée.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Geb]

Bonjour phys4,

Merci beaucoup pour toutes ces précisions.

A l'époque ce tube a permis la découverte des électrons, première particule identifiée. La séparation des atomes en ions et électrons n'était pas soupçonnée et l'hypothèse des atomes était controversée, et souvent rejetée.

En effet, l'histoire de la physique des particules est vraiment passionnante. Je dirais qu'en ce moment même les développements expérimentaux aussi bien que théoriques durant la période s'étallant de la découverte des rayons X (Röntgen, 1895) à celle de la fission nucléaire (Strassmann & Hahn, 1938) m'intéresse tout particulièrement.

Je sais qu'en 1896, les moyens de détection étaient pour ainsi dire inexistants. Le détecteur à scintillation a été inventé par William Crookes (encore lui) en 1903 et la première version du compteur Geiger par Hans Geiger et Ernest Rutherford en 1908. Le seul détecteur de particules utilisable à l'époque était la chambre à brouillard inventée par Charles Wilson en 1895 pour étudier la formation des nuages et progressivement améliorée pour la détection de particules (presque par hasard) entre 1896 et 1912, date à laquelle il publie la première description de son dispositif.

Les premières expériences de physique nucléaire faisant usage d'un véritable accélérateur électrostatique, débutant avec celles de John Cockcroft et Ernest Walton entre 1930 et 1932, avait pour objet l'étude des réactions de fission (initialement proton-béryllium, proton-lithium, proton-bore) et des réactions de fusion (deutérium-deutérium en 1934).

Cordialement.