Forte mise au point - Strong focusing

Électroaimant sextupolaire utilisé dans l' anneau de stockage du synchrotron australien pour focaliser et orienter le faisceau d' électrons

En physique des accélérateurs, la focalisation forte ou la focalisation à gradient alterné est le principe selon lequel l'effet net sur un faisceau de particules chargées traversant des gradients de champ alternatif est de faire converger le faisceau. En revanche, la focalisation faible est le principe selon lequel les cercles proches, décrits par des particules chargées se déplaçant dans un champ magnétique uniforme, ne se coupent qu'une fois par révolution.

Le théorème d'Earnshaw montre qu'une focalisation simultanée dans deux directions à la fois est impossible. Cependant, les pôles striés d'un cyclotron ou de deux ou plusieurs aimants quadripolaires espacés (disposés en quadrature ) se concentrent alternativement horizontalement et verticalement.

La focalisation forte a été conçue pour la première fois par Nicholas Christofilos en 1949 mais n'a pas été publiée (Christofilos a plutôt choisi de breveter son idée). En 1952, le principe de focalisation forte a été développé indépendamment par Ernest Courant , M. Stanley Livingston , Hartland Snyder et J. Blewett à Brookhaven National Laboratory , qui a reconnu plus tard la priorité de l'idée de Christofilos. Les avantages d'une forte focalisation ont alors été rapidement réalisés, et déployés sur le synchrotron à gradient alterné .

Courant et Snyder ont découvert que l'effet net de l'alternance du gradient de champ était que la focalisation verticale et horizontale des protons pouvait être renforcée en même temps, permettant un contrôle strict des chemins des protons dans la machine. Cela a augmenté l'intensité du faisceau tout en réduisant le coût global de construction d'un accélérateur plus puissant. La théorie a révolutionné la conception des cyclotrons et a permis d'utiliser des intensités de champ très élevées, tout en réduisant massivement la taille des aimants nécessaires en minimisant la taille du faisceau. La plupart des accélérateurs de particules utilisent aujourd'hui le principe de la focalisation forte.

Aimants multipolaires

L'électroaimant quadripolaire de l' anneau de stockage du synchrotron australien sert à peu près le même objectif que les aimants sextupolaires .

Les systèmes modernes utilisent souvent des aimants multipolaires, tels que des aimants quadripolaires et sextupolaires , pour focaliser le faisceau vers le bas, car les aimants donnent un effet de déviation plus puissant que les systèmes électrostatiques antérieurs à des énergies cinétiques de faisceau élevées. Les aimants multipolaires recentrent le faisceau après chaque section de déviation, car les sections de déviation ont un effet de défocalisation qui peut être contrecarré par une « lentille » d'aimant convergent.

Ceci peut être représenté schématiquement par une séquence de lentilles divergentes et convergentes. Les quadripôles sont souvent disposés dans ce qu'on appelle des motifs FODO (où F se concentre verticalement et défocalise horizontalement, et D se focalise horizontalement et défocalise verticalement et O est un espace ou un aimant de déviation). En suivant les particules du faisceau dans leurs trajectoires à travers l'agencement de focalisation, un motif oscillant serait observé.

Modélisation mathématique

L'action sur un ensemble de particules chargées par un ensemble d'aimants linéaires (c . analyse . Les termes d'ordre supérieur tels que les sextupôles, les octupôles, etc. peuvent être traités par diverses méthodes, en fonction des phénomènes d'intérêt.

Voir également

Les références

Liens externes