Qu’est-ce que le synchrotron ?
Un synchrotron est un accélérateur qui contrôle le champ électrique à haute fréquence qui accélère la vitesse des particules chargées (électrons chargés négativement et protons chargés positivement et ions positifs) et le champ magnétique qui dévie leur trajectoire, de sorte que le tourbillon puisse être maintenu sur une circonférence constante.
Alors que les cyclotrons ont un rayon de giration croissant, les synchrotrons peuvent contrôler l’énergie cinétique des particules chargées qui sont finalement extraites en veillant à ce qu’elle reste constante. Cela élimine également les problèmes liés aux effets de la relativité.
Utilisations des synchrotrons
Les synchrotrons sont souvent utilisés dans les expériences de physique car ils produisent des faisceaux de particules de très haute énergie. Les expériences de collision à haute énergie et les expériences utilisant le rayonnement synchrotron en sont des exemples spécifiques.
Les rayons X à haute brillance obtenus grâce au rayonnement synchrotron peuvent également être appliqués à l’analyse de la fluorescence des rayons X et à l’analyse de la structure cristalline par diffraction des rayons X, fournissant ainsi des informations qui ne peuvent être obtenues avec des rayons X ordinaires. Ils contribuent donc à des recherches chimiques et biologiques impossibles à réaliser auparavant, telles que l’observation de minuscules défauts dans les matériaux, l’identification d’isotopes dans des échantillons et l’étude de la structure tridimensionnelle détaillée des protéines.
De plus, ils sont parfois utilisés dans la thérapie par faisceau de particules (faisceau de particules lourdes et faisceau de protons). Les faisceaux de particules sont un type de radiothérapie actuellement utilisé dans le traitement du cancer. La radiothérapie particulaire attire l’attention en raison de ses avantages thérapeutiques par rapport à la radiothérapie conventionnelle utilisant les rayons X (qui sont considérés comme des ondes électromagnétiques dans le domaine du traitement).
Principe des synchrotrons
Des électro-aimants sont disposés en forme d’anneau pour former un chemin pour les particules chargées, et un point (champ électrique) est créé au milieu du chemin où une tension à haute fréquence est appliquée. Le rôle des électro-aimants est de plier les particules chargées dans une orbite circulaire. La force magnétique est utilisée pour courber la trajectoire des particules chargées par la force de Lorentz. L’intensité du champ magnétique est ajustée en fonction de la vitesse des particules afin de maintenir une trajectoire constante.
Lorsqu’une tension à haute fréquence est appliquée, une tension à haute fréquence de la bonne fréquence est appliquée à l’espace pour que les particules chargées puissent être tirées et accélérées par la force électrostatique. Cela signifie que si une charge opposée se trouve devant la particule chargée lorsqu’elle arrive, la particule sera tirée vers l’avant.
Lorsqu’elle passe, la tension est inversée de sorte que la particule chargée est stimulée par la répulsion des charges lors de son passage. En procédant ainsi périodiquement, les particules peuvent être accélérées et, en ajustant la période de commutation de la tension, la vitesse peut être contrôlée jusqu’à une vitesse ciblée. Les particules chargées sont extraites en les accélérant sur une orbite circulaire d’un rayon fixe et en les éjectant finalement tangentiellement à la circonférence.
Autres informations sur les synchrotrons
Caractéristiques de la radiothérapie par particules lourdes
Un domaine d’application important des synchrotrons est la radiothérapie aux particules lourdes, dont on sait qu’elle offre des avantages inédits dans le traitement du cancer. La radiothérapie par particules lourdes implique l’irradiation de particules lourdes, dont la masse est supérieure à celle des électrons et des protons. Toutes les thérapies à base de particules lourdes actuellement utilisées en pratique font appel à des ions carbone.
Les faisceaux de particules se caractérisent par leur nature fortement particulaire, qui fait que les particules s’arrêtent à l’intérieur du corps (contrairement aux rayons X, qui ont de fortes propriétés ondulatoires). Comme les particules transmettent une énergie cinétique résiduelle à leur environnement lorsqu’elles s’arrêtent, si l’énergie du faisceau de particules est correctement contrôlée, elles peuvent frapper les cancers à des profondeurs ciblées de manière concentrée, ce qui les rend efficaces contre les cancers à l’intérieur du corps.
Les rayons X ont été utilisés pour la radiothérapie du cancer, mais ils pénètrent l’organisme en raison de leur nature ondulatoire. Par conséquent, lorsque les rayons X sont utilisés pour le traitement du cancer, des méthodes ont été mises au point pour attaquer le cancer de manière intensive en irradiant dans plusieurs directions, en tirant parti des propriétés du rayonnement.
Les faisceaux de particules ont un impact plus important sur l’organisme vivant que les rayons X, et leur capacité à tuer les cellules cancéreuses est donc également plus élevée. Plus la particule est lourde dans un faisceau de particules, plus le pouvoir de destruction est élevé, les faisceaux de particules lourdes étant plus puissants que les faisceaux de protons. La radiothérapie aux particules lourdes s’est révélée efficace dans le traitement de cancers tels que les sarcomes, difficiles à traiter par la radiothérapie conventionnelle, et d’autres points excellents ont été confirmés.