ARRONAX – Le cyclotron

Le cyclotron est un type d’accélérateur circulaire inventé en 1930 par le physicien américain Ernest Orlando Lawrence (1901-1958).

Ernest Lawrence, à droite, devant son cyclotron, en 1932.
Courtesy Lawrence Berkeley National Laboratory

Le cyclotron : comment ça marche ?

Un cyclotron est un équipement scientifique qui fait partie de la famille des accélérateurs de particules, de même que les accélérateurs linéaires, les synchrotrons, etc. Les accélérateurs peuvent avoir des tailles très variables, du téléviseur à écran cathodique (qui comporte un petit accélérateur d’électrons) à l’accélérateur LHC (Large Hadron Collider) du CERN (centre européen de recherche nucléaire) à Genève qui fait 27 km de circonférence.

A Nantes, le cyclotron ARRONAX est une machine de quatre mètres de diamètre dans un bâtiment d’environ 2 000 m2. Les particules accélérées seront des protons (noyaux de l’atome d’hydrogène) ou des particules alpha (noyaux de l’atome d’hélium). L’énergie maximum des particules est de 70 MeV (70 millions d’électron-volts). Un noyau est le « grain » central d’un atome. Les atomes d’hydrogène ou d’hélium ont une taille d’un dixième de milliardième de mètre. Leurs noyaux sont encore 50 000 fois plus petits.

Un cyclotron comme ARRONAX est composé d’un gros aimant circulaire (ressemblant à une boîte de camembert et son couvercle, l’un au-dessus de l’autre) d’environ quatre mètres de diamètre. Entre ces deux pièces règnent un champ magnétique qui fait tourner les particules et un champ électrique alternatif qui accélère leur mouvement à chaque demi tour : les particules décrivent des cercles de plus en plus grands. Lorsque le rayon de la trajectoire atteint la limite extérieure de l’aimant, les particules sont éjectées, puis guidées dans une ligne et focalisées jusqu’à une cible où ont lieu les réactions nucléaires.

Un cyclotron n’est pas un réacteur nucléaire, et ne contient pas de combustible nucléaire.