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Concept
Rayonnement cyclotron
Résumé
Le rayonnement cyclotron est un rayonnement électromagnétique émis par des particules chargées en mouvement lorsqu'elles sont déviées par un champ magnétique. La force de Lorentz qui s'exerce sur ces particules perpendiculairement aux lignes de champ magnétique et à la direction du mouvement les accélère, ce qui entraîne l'émission d'un rayonnement.
Le nom de ce rayonnement provient du cyclotron, un type d'accélérateur de particules utilisé depuis les années 1930 afin de créer des particules de haute énergie destinées à la recherche. Le cyclotron utilise les orbites circulaires suivies par les particules chargées dans un champ magnétique uniforme. En outre, la période de l'orbite est indépendante de l'énergie des particules, ce qui permet de faire fonctionner un cyclotron à une fréquence précise donnée, sans avoir à se préoccuper de l'énergie des particules à un instant donné. Cependant, le rayonnement cyclotron n'est pas émis seulement dans les cyclotrons, mais dans toutes les situations où des particules chargées se déplacent dans un champ magnétique. Par exemple, le rayonnement cyclotron émis par les plasmas dans l'espace interstellaire, au voisinage des trous noirs et dans d'autres phénomènes astronomiques est une importante source d'information sur les champs magnétiques éloignés ; la planète Jupiter, en particulier, est une source intense de rayonnement cyclotron.
La puissance (énergie par unité de temps) du rayonnement émis par chaque électron peut être calculée à l'aide de la formule suivante :
où E est l'énergie, t le temps, σ la section efficace de Thomson totale, B l'intensité du champ magnétique, V la composante de vitesse perpendiculaire au champ magnétique, c la vitesse de la lumière et μ la perméabilité du vide. Dans le contexte de la fusion par confinement magnétique, les pertes par rayonnement cyclotron se traduisent par l'exigence d'une densité d'énergie du plasma en rapport avec la densité d'énergie du champ magnétique (voir l'article consacré à la fusion aneutronique).
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Rayonnement synchrotron
Le rayonnement synchrotron, ou rayonnement de courbure, est un rayonnement électromagnétique émis par une particule chargée qui se déplace dans un champ magnétique et dont la trajectoire est déviée par ce champ magnétique. Ce rayonnement est émis en particulier par des électrons qui tournent dans un anneau de stockage. Puisque ces particules modifient régulièrement leur course, leur vitesse change régulièrement, elles émettent alors de l'énergie (sous forme de photons) qui correspond à l’accélération subie.
Synchrotron
Un synchrotron est un instrument électromagnétique de grande taille destiné à l'accélération à haute énergie de particules élémentaires. Le plus grand accélérateur de type synchrotron est le Grand collisionneur de hadrons (LHC) de 27 kilomètres de circonférence, proche de Genève en Suisse, construit en 2008 par l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN). Le principe du synchrotron a été presenté pendant la seconde guerre mondiale, en 1943, par le Oliphant à Birmingham.
Accélérateur de particules
Un accélérateur de particules est un instrument qui utilise des champs électriques ou magnétiques pour amener des particules chargées électriquement à des vitesses élevées. En d'autres termes, il communique de l'énergie aux particules. On en distingue deux grandes catégories : les accélérateurs linéaires et les accélérateurs circulaires. En 2004, il y avait plus de dans le monde. Une centaine seulement sont de très grosses installations, nationales ou supranationales.