Chérie, j'ai rétréci les chambres à vide !
Publié par Adrien le 03/05/2018 à 00:00
Source: Achintya Rao - Copyright CERN
Il faut beaucoup d'effort à arriver à produire du rien. Les tubes de faisceau des accélérateurs de particules font partie des zones les plus vides de l'Univers. S'ils sont mis sous vide, c'est pour éviter que les particules accélérées trouvent sur leur chemin des molécules de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume...). Pour obtenir les vides extrêmes régnant dans ces tubes, on enlève par pompage (Le pompage est un phénomène aérodynamique qui intervient dans un compresseur. Il s'agit d'une instabilité aérodynamique qui donne naissance à des ondes longitudinales. Une inversion du sens...) tous les gaz qui y sont présents, et on applique sur la paroi intérieure un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés particulières et...) spécial appelé " getter ", auquel les molécules restantes viennent se coller. Une équipe du groupe de vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) du CERN vient de faire la démonstration (En mathématiques, une démonstration permet d'établir une proposition à partir de propositions initiales, ou précédemment démontrées à partir de...) d'une nouvelle méthode permettant d'appliquer un revêtement getter dans des tuyaux beaucoup plus minces que ce qui était possible jusqu'alors. Grâce à cette technique, certains accélérateurs, tels les synchrotrons à électrons, pourraient fonctionner avec des faisceaux mieux focalisés et produire un rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) plus brillant, car il deviendrait possible de rapprocher les aimants des faisceaux.


La doctorante Lucia Lain Amador montre un prototype de la chambre à vide avec un diamètre réduit (Image: Maximilien Brice/CERN)

La méthode traditionnellement utilisée pour l'application du getter consiste à produire à l'intérieur des tuyaux un plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons). Le plasma quark-gluon est un plasma qui...) du matériau de revêtement et, au moyen d'une haute tension (La tension est une force d'extension.), de procéder au dépôt du matériau sur les parois internes. Mais plus le tuyau est long et fin, plus il est difficile d'obtenir un plasma stable ; si le diamètre est de quelques millimètres et la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet complètement...) de plusieurs mètres, il est impossible qu'un plasma se forme, ce qui rend cette méthode inapplicable.

Quand on arrive aux limites des techniques existantes, il est parfois utile de prendre le problème dans l'autre sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement du vieillissement,...). Plutôt que de commencer par réaliser le tuyau, avant d'appliquer le revêtement à l'intérieur, les ingénieurs ont procédé de la façon inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y...). Ils ont commencé par appliquer le revêtement sur la partie extérieure d'une structure provisoire, puis ont construit le tube de faisceaux autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit...) du revêtement par un procédé de placage métallique. La structure support, appelé également " mandrin perdu ", constituée d'aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un élément important sur la Terre avec 1,5 % de la masse totale.) très pur, est ensuite dissoute, ce qui laisse une chambre à vide fine comportant un revêtement intérieur en getter pré-appliqué.

Le grand avantage de notre technique est qu'elle peut aussi être utilisée pour réaliser des chambres à vide de section non circulaire, explique Lucia Lain Amador, doctorante qui dirige le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande...). Et ce procédé ne se limite pas à l'application de getter, il pourra être utilisé pour appliquer n'importe quel revêtement. " L'idée d'utiliser un mandrin perdu n'est pas nouvelle ; des mandrins de gomme silicone (Les silicones, ou polysiloxanes, sont des composés inorganiques formés d'une chaine silicium-oxygène (...-Si-O-Si-O-Si-O-...) sur laquelle des groupes se fixent, sur les...) ont été utilisés à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) Paul Scherrer, en Suisse. L'innovation proposée par l'équipe du CERN vient de l'utilisation de l'aluminium, qui, contrairement à la gomme silicone, produit un mandrin rigide et exempt de produits contaminants.

Pour le moment, il n'est pas prévu d'utiliser cette technique pour les collisionneurs tels que le LHC ; elle reste destinée aux synchrotrons à électrons, pour lesquels on a besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins primaires, les besoins...) de tubes de faisceau de petit diamètre avec des géométries variables. Lucia et ses collègues ont perfectionné cette technique en produisant plusieurs chambres à vide prototypes et espèrent la voir se répandre dans les années à venir.
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