Publié le 16 février 2024. Le Laboratoire national Lawrence Berkeley est à la pointe de la recherche sur les aimants, une technologie essentielle pour des avancées majeures en physique des particules, en médecine et dans le domaine de l’énergie. Des aimants de réfrigérateur aux dispositifs complexes utilisés dans les collisionneurs de particules, les scientifiques de Berkeley repoussent les limites de cette science fondamentale.
- Le laboratoire mène des recherches sur les aimants permanents et supraconducteurs, avec des applications dans les sources lumineuses et les futurs collisionneurs de particules.
- L’histoire de Berkeley est intimement liée à la technologie des aimants, depuis l’invention du cyclotron par Ernest Lawrence.
- Des défis importants subsistent concernant la protection des aimants supraconducteurs contre les pertes de supraconductivité et la réduction des coûts des matériaux.
Depuis sa création, le Laboratoire national Lawrence Berkeley a joué un rôle central dans le développement de la technologie des aimants. L’histoire commence avec Ernest Lawrence et son invention du cyclotron dans les années 1930. Cet accélérateur de particules, au cœur duquel se trouve un aimant, a valu à Lawrence le prix Nobel de physique en 1939. Depuis lors, le laboratoire a continué à innover dans ce domaine, contribuant à la construction d’accélérateurs de particules de plus en plus puissants, tant à Berkeley qu’en collaboration avec d’autres institutions.
Aujourd’hui, les recherches du laboratoire se concentrent sur deux types principaux d’aimants : les aimants permanents et les aimants supraconducteurs. Les aimants permanents, notamment grâce aux travaux de Klaus Halbach sur la technologie des onduleurs, sont utilisés dans les sources lumineuses de pointe, comme le LCLS et le LCLS-2 au SLAC National Accelerator Laboratory, et l’Advanced Light Source à Berkeley. Les aimants supraconducteurs, quant à eux, permettent de créer des champs magnétiques beaucoup plus intenses sans perte d’énergie, grâce à l’utilisation de matériaux qui conduisent l’électricité sans résistance. Ces aimants sont essentiels pour les collisionneurs de particules, tels que le Grand collisionneur de hadrons (LHC) au CERN.
Soren Prestemon, adjoint de division pour la technologie dans la division Technologie des accélérateurs et physique appliquée et directeur du Berkeley Center for Magnet Technology, explique que les aimants sont utilisés comme une sorte d’« optique » pour les particules chargées.
« Les champs magnétiques interagissent avec les particules chargées pour créer une force orthogonale au champ magnétique et au mouvement de la particule chargée. Ainsi, si vous avez une particule chargée qui se déplace rapidement et que vous lui appliquez un champ magnétique, la particule chargée se plie ou est dirigée dans des directions différentes. »
Soren Prestemon, adjoint de division pour la technologie
Le laboratoire mène actuellement des travaux de modernisation du LHC en utilisant un nouveau type de supraconducteur à basse température, qui permettra d’augmenter la luminosité du collisionneur et d’améliorer les résultats scientifiques. Parallèlement, Berkeley dirige le programme américain de développement d’aimants pour la prochaine génération de collisionneurs, qui pourraient être des collisionneurs de muons ou de hadrons encore plus puissants que le LHC.
La recherche sur les aimants supraconducteurs n’est pas sans défis. La protection des aimants contre les pertes de supraconductivité, qui peuvent entraîner leur destruction, est une priorité. Les scientifiques travaillent également à développer de nouveaux diagnostics et instruments pour détecter les signes avant-coureurs de ces pertes. Un autre défi majeur est la réduction du coût des supraconducteurs, notamment des supraconducteurs à haute température, qui pourraient ouvrir la voie à de nouvelles applications dans des domaines tels que la fusion nucléaire.
Soren Prestemon anticipe un « âge d’or » pour la technologie des aimants, avec des avancées potentielles tant dans le domaine des aimants permanents que des aimants supraconducteurs.
« Si le coût des supraconducteurs descend en dessous d’un certain seuil, toutes sortes d’applications s’ouvrent et cela devient compétitif. »
Soren Prestemon, directeur du Berkeley Center for Magnet Technology
Pour en savoir plus sur les recherches du Laboratoire national Lawrence Berkeley en matière d’aimants, consultez lbl.gov.
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