Quadrupôle magnétique

Un quadrupôle magnétique est une source de champ magnétique. La façon la plus simple de représenter un quadrupôle est l'addition de deux aimants droits parallèles, en sens inverse. Les composantes principales de leur champ magnétique s'annulent (l'ensemble a donc un dipôle magnétique nul), seules subsistent les composantes de l'ordre supérieur.

Champ généré par un quadrupôle magnétique

Champ créé par un quadrupôle idéal

Un quadrupôle magnétique possède deux pôles nord et deux pôles sud, placés aux faces alternées d'un carré. Dans le centre du plan (noté ici z=0) où se trouvent les quatre pôles, le champ magnétique idéalisé est décrit très simplement :

${\displaystyle B_{x}=K\times y}$
${\displaystyle B_{y}=K\times x}$
${\displaystyle B_{z}=0}$

Où K est le gradient (en Teslas par mètre) de la composante en x selon y, ou inversement. Une composante du champ est nulle sur les chaque axe de symétrie, il est totalement nul au centre[1]. Dans l'axe normal au quadrupôle, noté ici z, le champ est pour ainsi dire évanescent : il décroit en z^4[2].

Utilisation dans les accélérateurs de particules

électroaimant quadrupôlaire d'un ancien synchrotron

Les quadrupôles magnétiques sont un élément important de la conception d'un accélérateur de particules : ils servent à focaliser ou défocaliser les particules électriquement chargées. Si K est positif, des particules chargées positivement qui traversent le plan du quadrupôle sont focalisées horizontalement et défocalisées verticalement. Ce résultat est inversé si on change le signe de K ou celui de la charge de la particule[1].

Références

1. (en) Arnaud Devred, « Superconducting Magnets for Particle Accelerators and Storage Rings », dans Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering, American Cancer Society, 1999 (ISBN 978-0-471-34608-1, DOI 10.1002/047134608x.w1320, lire en ligne)
2. (en) Enrique Arribas, Isabel Escobar, Raquel Ramirez-Vazquez et Carmen del Pilar Suarez Rodriguez, « Linear Quadrupole Magnetic Field Measured with a Smartphone », The Physics Teacher, vol. 58, n^o 3,‎ mars 2020, p. 182–185 (ISSN 0031-921X et 1943-4928, DOI 10.1119/1.5145411, lire en ligne, consulté le 14 juillet 2021)

Voir aussi

Articles connexes

• Quadrupôle électrostatique
• Dipôle magnétique