Les accélérateurs de particules, bien que souvent associés à de grands laboratoires de recherche, pourraient bientôt trouver leur place dans des applications plus courantes grâce à une innovation majeure. Une équipe internationale de chercheurs a développé un accélérateur de particules compact qui pourrait transformer les applications dans les semi-conducteurs, l’imagerie médicale, la recherche sur les matériaux, l’énergie et la médecine.
Les chercheurs de l’Université du Texas à Austin, de plusieurs laboratoires nationaux, d’universités européennes et de la société texane TAU Systems ont démontré un accélérateur de particules compact de moins de 20 mètres de long qui produit un faisceau d’électrons avec une énergie de 10 milliards d’électrons volts (10 GeV). Il n’y a actuellement que deux autres accélérateurs aux États-Unis capables d’atteindre de telles énergies d’électrons, mais ils mesurent tous deux environ 3 kilomètres de long.
Les chercheurs explorent actuellement l’utilisation de leur accélérateur, appelé un accélérateur laser à sillage avancé, à des fins diverses. Ils espèrent l’utiliser pour tester la résistance des électroniques spatiales, pour imager les structures internes en 3D de nouvelles conceptions de semi-conducteurs, et même pour développer de nouvelles thérapies contre le cancer et des techniques avancées d’imagerie médicale.
Cet accélérateur pourrait également être utilisé pour alimenter un autre dispositif appelé un laser à électrons libres à rayons X, qui pourrait prendre des films au ralenti de processus à l’échelle atomique ou moléculaire. Des exemples de tels processus comprennent les interactions médicamenteuses avec les cellules, les changements à l’intérieur des batteries qui pourraient les faire prendre feu, les réactions chimiques à l’intérieur des panneaux solaires, et les protéines virales changeant de forme lorsqu’elles infectent les cellules.
Le concept des accélérateurs laser à sillage a été décrit pour la première fois en 1979. Un laser extrêmement puissant frappe du gaz d’hélium, le chauffe en un plasma et crée des ondes qui expulsent les électrons du gaz dans un faisceau d’électrons à haute énergie. Au cours des dernières décennies, divers groupes de recherche ont développé des versions plus puissantes. L’avancée clé de Hegelich et de son équipe repose sur les nanoparticules. Un laser auxiliaire frappe une plaque métallique à l’intérieur de la cellule à gaz, qui injecte un flux de nanoparticules métalliques qui augmentent l’énergie délivrée aux électrons par les ondes.
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