Grands instruments de recherche

Aujourd’hui, plusieurs centaines de représentants du monde scientifique, venus de différents pays européens, se sont rassemblé sur le chantier de la source européenne de spallation (European Spallation Source ESS) à Lund, en Suède, pour la cérémonie de pose de la première pierre de l’ESS. Cet événement marque la pose des fondations de cette nouvelle installation, dont la construction a récemment démarré, mais aussi celle d’une nouvelle phase dans la recherche scientifique européenne.

Dans un accélérateur de particules, ce sont les aimants qui tirent les ficelles : si protons et électrons gardent le cap, c’est en effet grâce à eux. Ces aimants n’ont toutefois pas grand-chose en commun avec ceux qui garnissent la porte de notre réfrigérateur. Au PSI, ils sont nombreux à peser bien plus lourd que ledit réfrigérateur. Et malgré leur puissance, ce sont des chefs-d’œuvre de précision.

L’origine du faisceau de protons au PSI est un accélérateur linéaire au look rétro. Ce modèle charismatique est baptisé Cockcroft-Walton, du nom de l’inventeur du principe. Depuis 1984, il fournit la première étape d’accélération des protons, qui sont ensuite amenés dans l’accélérateur circulaire à une vitesse équivalant à 80% de la vitesse de la lumière. Depuis des décennies, c’est ici qu’est généré un faisceau de protons remarquable qui, grâce à des améliorations continues, détient même depuis 1994 le record du monde du faisceau le plus performant.

Forschende des Paul Scherrer Instituts haben mithilfe kurzer Lichtblitze aus einem Laser die Eigenschaften eines Materials kurzzeitig so deutlich verändert, dass gewissermassen ein neues Material entstanden ist und die Veränderungen am Röntgenlaser LCLS in Kalifornien untersucht. Nach der Inbetriebnahme des PSI-Röntgenlasers SwissFEL werden solche Experimente auch am PSI möglich sein.Cette actualité n'existe qu'en allemand.

Vergangenen Sonntag luden das Paul Scherrer Institut PSI und die Arbeitsgemeinschaft EquiFEL Suisse die Einwohnerinnen und Einwohner der Umgebung zum Tag der offenen SwissFEL-Baustelle ein. Rund 600 Interessierte informierten sich an mehreren Stationen über den aktuellen Bau- und Projektstand.Cette actualité n'existe qu'en allemand.

La manière dont les algues et les plantes répondent à la lumière a été réinterprétée sur la base des résultats d'expériences qui ont étudié les changements structuraux en temps réel dans les algues vertes. Dans des conditions de lumière particulières au cours de la photosynthèse, l'empilement et l'alignement bien ordonnés des membranes photosensibles dans les algues sont perturbés. Les protéines enfouies dans la membrane qui captent la lumière deviennent plutôt quasiment inactives, il n’y a aucun déplacement significatif. Jusqu’à présent on considérait en effet que les protéines qui captent la lumière se déplaçaient autour des membranes.

Pour que les électrons puissent atteindre l’énergie nécessaire, leur trajectoire dans l’accélérateur linéaire doit être absolument rectiligne. La plus petite courbure est synonyme d’une perte de qualité du faisceau d’electrons, que l’accélérateur linéaire SwissFEL, relativement court, ne peut pas se permettre. Lors de la construction du bâtiment, même la courbure de la Terre doit donc être compensée.

Des passages à l'état d'agrégats déclenchés par les effets quantiques à en physique on parle de transitions de phases quantiques à jouent un rôle dans de nombreux phénomènes étonnants dans les corps solides, comme la supraconductivité à haute température. Des chercheurs de Suisse, du Royaume-Uni, de France et de Chine ont modifié de manière ciblée les fluctuations quantiques dans la structure magnétique du matériau TlCuCl₃ en l'exposant à la pression externe et en faisant varier cette pression. A l'aide des neutrons, ils ont pu observer ce qui se passe dans une transition de phase quantique au cours de laquelle la structure magnétique fond de manière quantique.

Des chercheurs de l’EPF Zurich et du PSI montrent qu’il est possible de modifier la structure magnétique très rapidement dans certains matériaux novateurs. L’effet pourrait trouver une application dans de futurs disques durs performants.

Teaser: Recherche sur les matériaux, physique des particules, biologie moléculaire, archéologie : depuis 40 ans, le grand accélérateur de protons de l’Institut Paul Scherrer (PSI) rend possible de la recherche de pointe dans différents domaines.

Pour que les électrons du SwissFEL ne se fourvoient pasCoûts réduits et taux d’erreurs minimal : dans le développement des alimentations de puissance pour les aimants du SwissFEL, les ingénieurs du PSI de la Section Electronique de puissance se sont fixé des objectifs ambitieux.

Dans la forêt de Würenlingen, les travaux de constructions avancent à grands pas : le bâtiment du SwissFEL, le nouveau grand instrument de recherche de l’Institut Paul Scherrer, doit être achevé d’ici fin 2014. Les exigences à satisfaire par la construction sont élevées. Le bâtiment doit assurer une exploitation sans heurt de cette installation hautement sensible.

SwissFEL produira des rayons X ayant les propriétés du laser. L’amplification en avalanche nécessaire à la génération de la lumière est possible grâce à un procédé connu sous le terme de Microbunching à Le paquet d’électrons se divise dans l’onduleur en minces rondelles, qui émettent la lumière en phase. Un deuxième processus est en cours d’étude actuellement à le Seeding à qui devra permettre d’améliorer les caractéristiques de la lumière avec plus de précision.

Le rayonnement X du SwissFEL est émis lorsque les électrons accélérés dans l’accélérateur linéaire sont dirigés de force dans une trajectoire sinusoidale. La trajectoire des électrons est assurée dans l’onduleur par l’action des rangées d’aimants. La longueur du circuit- onduleur sera de 60 mètres.

Un laser térahertz, développé à l’Institut Paul Scherrer, permet de contrôler de manière ciblée la magnétisation d’un matériau en un laps de temps de l’ordre de la picoseconde. Dans le cadre de leur expérience, les chercheurs ont soumis un matériau magnétisé à des impulsions lumineuses extrêmement courtes émises par le laser. Le champ magnétique de l’impulsion lumineuse a pu écarter les moments magnétiques de leur position de repos pour leur faire suivre le tracé exact du champ magnétique du laser avec un infime décalage. Le laser térahertz utilisé dans cette expérience est l’un des plus puissants au monde.

Dans l’accélérateur linéaire, le faisceau d’électrons acquiert l’énergie cinétique nécessaire, afin de produire les rayons X. La longueur de l’accélérateur linéaire- est de plus de 300 mètres à il est constitué de 11752 disques de cuivre de forme bien spécifique, dans lesquels est produit le champ d’accélération.

Le faisceau d’électrons de SwissFEL est généré dans la source d’électrons. Chaque composant fait l’objet d’exigences très sévères. Afin qu’une opération optimale du SwissFEL soit assurée, le faisceau électronique doit être de la meilleure qualité possible dès le départ.

La première structure accélératrice, destinée à l’accélérateur linéaire du SwissFEL, a été achevée au PSI. En tout, 104 structures comme celle-ci seront nécessaires pour que les électrons, qui génèreront des impulsions de rayon X, puissent être accélérés dans SwissFEL et atteindre l’énergie nécessaire. Ce composant résulte d’un usinage de haute précision et subit actuellement des tests d’alimentation sous haute puissance électrique.

Des mesures de sécurité strictes encadrent la manipulation et l’analyse d’objets irradiés, et donc radioactifs, provenant de centrales nucléaires ou de laboratoires de recherche. Ces tests ne peuvent être conduits que dans des enceintes baptisées « cellules chaudes », dont les parois de béton et de plomb de plusieurs mètres d’épaisseur. Dans les cellules chaudes du Laboratoire chaud du PSI, des barreaux de combustibles usés provenant des centrales nucléaires suisses sont régulièrement soumis à une analyse scientifique des matériaux. Les connaissances obtenues dans le cadre de ces analyses permettent aux exploitants d’optimiser l’efficacité et la sécurité de leurs centrales. A côté de ces prestations de service destinées aux centrales nucléaires, le Laboratoire chaud est également impliqué dans des projets de recherche internationaux.

Le 3 juillet 2013, le PSI a solennellement posé la première pierre de son grand instrument de recherche SwissFEL, marquant ainsi la continuation de 25 ans de succès dans la recherche au PSI.