Depuis leur invention au début du 20ème siècle, les accélérateurs de particules, ces super-microscopes qui permettent de sonder la structure de la matière à l’échelle subatomique, agissent sur des faisceaux de particules chargées (électrons, protons, ions) au moyen de champs électromagnétiques. Depuis d’autres utilisations des ces machines sont apparues, notamment en médecine ou comme sources de lumière. Le champ électrique qui accélère les particules est produit par des cavités résonantes radio-fréquence (RF), tandis que le champ magnétique qui les guide et les focalise est produit par des électro-aimants.
La supraconductivité qui donne accès à des champs plus élevés et réduit la dissipation d’énergie dans les cavités RF et les aimants, permet de construire des accélérateurs plus puissants et plus compacts, et de les faire fonctionner plus économiquement. Ainsi, le grand collisionneur LHC du CERN à Genève utilise plusieurs milliers d’aimants supraconducteurs répartis sur les 27 km de la circonférence, qui produisent un champ magnétique quatre fois plus élevé que des électro-aimants classiques, avec une consommation d’électricité dix fois plus faible (en tenant compte de la puissance consommée par le système de réfrigération cryogénique). Le laser à électrons libres européen X-FEL de Hambourg et la source de neutrons de spallation ESS de Lund, actuellement en construction, utiliseront bientôt des cavités RF supraconductrices pour accélérer économiquement les faisceaux – respectivement d’électrons et de protons – qui produiront les flux intenses de rayons X et de neutrons pour l’étude des matériaux, des molécules du vivant et de la matière condensée.
Plus proche de nous, les accélérateurs supraconducteurs compacts – installés en environnement hospitalier – produisent des radionucléides à courte durée de vie pour le diagnostic et des faisceaux de protons et d’ions pour le traitement de tumeurs par hadronthérapie. La supraconductivité est ainsi devenue une technologie-clé des accélérateurs de particules, facilitant leur progrès et bénéficiant de leur développement, à partir desquels elle a pu essaimer vers d’autres applications comme l’imagerie par résonance magnétique.
