Cette série d'exercices, avec réponses, aborde l'étude d'une particule chargée dans un champ électromagnétique (cyclotron de Lawrence, expérience de Thomson, champs électrique et magnétique orthogonaux puis parallèles, spectrographe de Bainbridge), puis traite de la conduction électrique (modèle de la conduction électrique, effet Hall, forces de Laplace).
Mot(s) clés libre(s) : cyclotron de Lawrence, expérience de Thomson, spectrographe de Bainbridge, effet Hall, forces de Laplace

Exercice d'entraînement traitant avec le formalisme lagrangien la dérive d'une particule soumise à un champ électromagnétique constant. La notion de potentiel généralisé est ici abordée, les équations de l'électromagnétisme sont également revues.
Mot(s) clés libre(s) : équations de Lagrange, degré de liberté, énergie cinétique, énergie potentielle, potentiel généralisé, mouvement cyclotron

Le champ magnétique semble toujours un peu mystérieux, pourtant les phénomènes magnétiques sont connus depuis presque trois mille ans et ont trouvé des applications partout dans notre vie quotidienne. Le but de cet exposé est à la fois d'expliquer la physique du champ magnétique et de démontrer l'importance des champs magnétiques intenses dans la recherche. La conférence débutera par un bref résumé de la physique des champs magnétiques, à la fois de façon historique et fondamentale. Ensuite, je discuterai trois grands domaines de la physique ou le champ magnétique intervient La manipulation magnétique concerne tous les phénomènes qui génèrent des forces mécaniques sur des objets. L'aimant permanent avec lequel on colle des feuilles sur la porte du frigo, l'électromoteur, la séparation magnétique et la lévitation magnétique sont des exemples parmi tant d'autres. Ces phénomènes ont trouvés beaucoup d'applications, mais sont aussi utilisés comme outils dans la recherche. Le champ magnétique est une perturbation universelle et précise qui permet de sonder la matière et de déterminer beaucoup de paramètres physiques et chimiques. L'exemple le plus connu est l'imagerie médicale par résonance magnétique nucléaire mais il existe beaucoup d'autres sondes basées sur le champ magnétique. Les champs magnétiques intenses peuvent induire des nouveaux états de la matière, en particulier en combinaison avec des basses températures. Dans la physique des solides, plusieurs états exotiques ont été observés, comme des quasi-particules dans les gaz électroniques bidimensionnels, des condensats de Bose-Einstein dans des cristaux et la supraconductivité induite par le champ magnétique.
Mot(s) clés libre(s) : champ magnétique intense, charge électrique, effet Hall, effet Zeeman, électromagnétisme, énergie cyclotron, état de la matière, force de Lorentz, lévitation magnétique, mécanique quantique, résonance, spin, supraconductivité

Le 1er cyclotron français, construit au Laboratoire de chimie nucléaire du Collège de France, dirigé par Frédéric Joliot, commence tant bien que mal à fonctionner en 1938. Sa principale mission est de produire les radioéléments artificiels que demandent les chercheurs, parmi lesquels Irène Joliot-Curie. Modifié 20 ans plus tard, il permettra d'étudier les réactions nucléaires. Le fonctionnement de cet accélérateur de particules ionisées repose sur une équipe technique. Les témoignages de ces cyclotronistes, anciens collaborateurs des Joliot, remontent pour certains, à la période de l'Occupation. Tous se remémorent cette époque des débuts de la Big Science, qui fut aussi celle de leur jeunesse. Le cyclotron est exposé aujourd'hui au Musée des arts et métiers.GénériqueRéalisateur : Marcel Dalaise (CNRS Images) Conseiller Scientifique : Ginette Gablot (CNAM, Musée des Arts et Métiers, CNRS) Production : CNRS et Musée du CNAM Diffuseur : CNRS Images. www.cnrs.fr/cnrs-images/
Mot(s) clés libre(s) : accélérateur de particules, cyclotron

Les imageurs, nouveaux équipements de diagnostic médical qui dévoilent le corps en profondeur, sont présentés lors de leur utilisation en hôpital par des médecins et chercheurs de diverses spécialités. L'hôpital d'Orsay, grâce à son cyclotron, peut produire des éléments radioactifs qui, fixés sur des molécules biologiques, sont captés par une caméra à émission de positons qui suit la circulation de ces marqueurs dans le corps. A l'Institut Curie, les éléments radioactifs injectés sont repérés par une caméra Gamma. La scintigraphie osseuse permet de détecter une anomalie osseuse, mais sans diagnostic spécifique. Le scanner X, associant la radiographie X conventionnelle et le traitement numérique de l'image, produit une imagerie en coupes. L'hôpital du Val de Grâce exploite l'imagerie RMN (résonance magnétique nucléaire), qui trouve sa place dans des opérations délicates, comme celles du cerveau. Ainsi, chaque technique a ses propres applications et apporte une précision spécifique au diagnostic.GénériqueAuteurs - Réalisateurs : DALAISE Marcel et TERNAY Jean-François (Science Actualités, CSI, Paris) Production : CSI-Science Actualités, CNRS AV Diffuseur : CNRS Images, http://videotheque.cnrs.fr/
Mot(s) clés libre(s) : cyclotron, éléments radioactifs, Imageurs, radiographie X, scanner X, scintigraphie osseuse

Un lien vers un dossier thématique du CEA sur l'imagerie médicale et les recherches actuelles au CEA dans ce domaine. Principe de la médecine nucléaire, utilisation de traceurs radioactifs, tomographie par émission de positons, imagerie par résonance magnétique.
Mot(s) clés libre(s) : imagerie médicale, médecine nucléaire, traceur radioactif, tomographie par émission de positons, TEP, rayon gamma, cyclotron, imagerie par résonance magnétique, IRM, cerveau, RMN, Résonance magnétique nucléaire

Description de l'accélérateur de particules SARA (Système accélérateur Rhône-Alpes) de l'ISN (Institut des sciences nucléaires de Grenoble) qui permet l'étude des collisions entre noyaux pour des gammes d'énergie intermédiaires. Sara comporte un premier cyclotron (injecteur) de 20 MV et un deuxième cyclotron (post-accélérateur) de 80 MV. Le phénomène de collisions entre noyaux est présenté par des animations. Chacune des parties de SARA est décrite : source d'ions, premier cyclotron, éplucheur, deuxième cyclotron et enfin multidétecteur Amphora. Le deuxième cyclotron est présenté démonté pour montrer ses composants : résonateur (création d'un champ électrique alternatif), électrode (accélération des ions), électro-aimant (création d'un champ magnétique). Une animation en surimpression sur les vues réelles montre la trajectoire des particules. Des solutions ont été trouvées pour obtenir une accélération isochrone, créer un vide poussé afin d'éviter les chocs parasites et extraire le faisceau de particules du cyclotron.GénériqueAuteurs - Réalisateurs : BARANEK Clara, CHAPUT Claude, GUITTARD François et RICART Anna-Maria (MSTC, Univ. Grenoble III, Saint-Martin-d'Hères). Production : Univ. Grenoble III-MSTC, CNRS-ISN Grenoble-IN2P3. Diffuseur : CNRS Images, http://videotheque.cnrs.fr/
Mot(s) clés libre(s) : accélérateur de particules, collision d'atomes, cyclotron, physique des particules