Au-delà de la physique des hautes énergies, les accélérateurs de particules jouent un rôle crucial dans le traitement du cancer et l'analyse de matériaux ; d'autres applications ambitieuses pourraient aussi être trouvées dans le domaine de l'environnement et de l'énergie. Malheureusement, la taille et le coût de fabrication des accélérateurs constituent souvent des obstacles à leur utilisation en dehors des laboratoires de physique. Le procédé innovant de fabrication additive, aussi appelé « impression 3D », pourrait contribuer à mettre les accélérateurs de particules davantage à la portée de la société.
Dans le cadre du projet I.FAST, financé par l'Union européenne, qui vise à développer et à renforcer le rôle des accélérateurs de particules en Europe, l'entreprise allemande de haute technologie TRUMPF a pour la première fois fabriqué de manière additive un élément central des futurs accélérateurs de particules : un quadripôle radiofréquence (RFQ). Ce type d’aimant fait partie des composants les plus complexes des accélérateurs de particules linéaires et aussi des plus critiques, car ils fournissent l'énergie nécessaire pour accélérer le faisceau de particules jusqu'à une vitesse proche de celle de la lumière. Les RFQ imprimés en 3D seront présentés lors du principal salon sur l'impression 3D, Formnext, qui se tiendra à Francfort, courant novembre.
« La fabrication additive permet de réduire la taille et le coût des accélérateurs, de raccourcir la durée de leur construction et d'augmenter leurs performances. À plus grande échelle, la fabrication additive pourrait rendre les accélérateurs plus abordables et les faire sortir des grands laboratoires scientifiques ; on pourrait ainsi les trouver dans les hôpitaux pour la production d'isotopes et le traitement du cancer, dans les aéroports pour le contrôle du fret aérien, ou encore dans des laboratoires pour analyses industrielles, explique Maurizio Vretenar, coordinateur du projet I.FAST au CERN. Plus de 30 000 accélérateurs sont actuellement exploités dans le monde, la grande majorité à des fins thérapeutiques et industrielles. »
L'équipe de spécialistes d’I.FAST (issus du CERN, de l'École polytechnique de Milan, de l'IN2P3, de l'institut Fraunhofer IWS et de l'Université technique de Riga) a conçu le quadripôle radiofréquence de manière à ce qu’il puisse être imprimé par une imprimante 3D TRUMPF, qui utilise un laser vert très puissant. Le fait d’avoir pu imprimer en 3D un élément aussi important en une seule pièce de métal est en soi une prouesse. « Nous avons maintenant la preuve que des éléments de grande taille en cuivre peuvent être fabriqués de manière additive, avec une précision suffisante, cela grâce à notre laser vert, qui est capable d'imprimer les plus délicates structures en cuivre. Des éléments dont la conception demande une grande précision, tels que le RFQ, peuvent ainsi être fabriqués plus rapidement, à moindre coût financier et énergétique, » souligne Michael Thielmann, expert en fabrication additive à TRUMPF.
La fabrication additive se range parmi les technologies de pointe qu'I.FAST étudie actuellement. « Je suis certain que la communauté des accélérateurs utilisera de plus en plus des composants fabriqués de manière additive lorsqu'elle concevra et construira de nouveaux équipements, » conclut Toms Torims, chercheur à l'Université technique de Riga et coordinateur au sein d'I.FAST des lots de travaux pour des technologies d’accélérateurs de pointe.