SYNCHROTRON RAYONNEMENT

Médias de l’article

Brillance du rayonnement synchrotron

Brillance du rayonnement synchrotron
Crédits : Encyclopædia Universalis France

graphique

Émission synchrotron d'un électron accéléré

Émission synchrotron d'un électron accéléré
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin


Toute particule chargée soumise à une accélération émet des ondes électromagnétiques. L'émission de ce rayonnement ainsi émis s'appelle rayonnement de freinage magnétique ou, plus communément, encore, rayonnement synchrotron. Il a été observé pour la première fois en avril 1947 par Herb Pollock et Robert Langmuir sur le synchotron de 70 millions d'électronvolts qu'ils avaient construit au laboratoire de recherche de la General Electric à Shenectady (New York).

Cet effet est à la base des communications « sans fil », puisque les ondes sont émises par des électrons qui oscillent le long des antennes. Les propriétés de cette émission se calculent exactement avec les équations de l'électrodynamique classique pour une charge se déplaçant à très grande vitesse. Elles montrent que les propriétés géométriques et spatiales de la lumière émise (photons) ne dépendent que de l'énergie de la particule, de sa masse et du champ d'accélération dans lequel elle se déplace. Seules des particules légères, c'est-à-dire des électrons ou leurs antiparticules (positons), peuvent subir des accélérations suffisantes.

Grâce à ses caractéristiques très spécifiques, le rayonnement synchrotron, initialement considéré comme parasite, est devenu un outil irremplaçable pour sonder la matière. En effet, sa grande étendue spectrale (de l'infrarouge aux rayons X durs), sa cohérence partielle, couplée à une brillance exceptionnelle, en font un instrument indispensable dans de nombreux domaines – physique, chimie, biologie, mais aussi environnement, géosciences, patrimoine, science des matériaux, etc. –, que ce soit pour des recherches à caractère fondamental ou bien appliqué. L'engouement rencontré pour ce type de source se traduit par la prolifération de ces installations au niveau mondial (environ une centaine sont aujourd'hui opérationnelles ou en cours de construction).

Les origines

Le principe du rayonnement qu'émet un électron en mouvement apparaît pour la première fois dan [...]

1 2 3 4 5

pour nos abonnés,
l’article se compose de 5 pages




Écrit par :

  • : directeur scientifique chez Pechiney, Paris
  • : directeur de l'European Synchrotron Radiation Facility, Grenoble
  • : directeur scientifique adjoint, division expériences, synchrotron SOLEIL
  • : directrice adjointe, division sources, synchrotron SOLEIL

Classification


Autres références

«  SYNCHROTRON RAYONNEMENT  » est également traité dans :

CRISTAUX

  • Écrit par 
  • Marc AUDIER, 
  • Michel DUNEAU
  •  • 7 291 mots
  •  • 2 médias

Dans le chapitre « Diffraction des rayons X »  : […] La diffraction des rayons X est la technique la plus utilisée. Elle sert à l'étude des propriétés cristallographiques d'une très grande diversité de matériaux naturels ou de synthèse dans différentes disciplines scientifiques : minéralogie, chimie organique et minérale, métallurgie, biologie, etc. Le pouvoir diffusant du rayonnement X par un atome dépend de sa densité électronique, située autour […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/cristaux/#i_20728

ÉMISSION RADIO DE LA GALAXIE

  • Écrit par 
  • James LEQUEUX
  •  • 271 mots

Grâce aux antennes très sensibles qu'il a construites, l'Américain Karl Guthe Jansky, ingénieur aux Bell Telephone Laboratories, étudie dès la fin des années 1920 l'effet de l'atmosphère sur la transmission des ondes radio. Il constate en 1931 qu'un bruit radio (c'est-à-dire une émission non structurée) provient de la constellation du Sagittaire, où se trouve le centre de la Galaxie. Il publie plu […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/emission-radio-de-la-galaxie/#i_20728

E.S.R.F. (European Synchrotron Radiation Facility)

  • Écrit par 
  • Jean-Louis LACLARE
  •  • 2 508 mots
  •  • 2 médias

L'E.S.R.F. (European Synchrotron Radiation Facility), ou Installation européenne de rayonnement synchrotron, est située à l'entrée de Grenoble, au confluent du Drac et de l'Isère . L'idée de la mise en place de ce synchrotron remonte à l'année 1975 : le professeur H. Maier-Leibnitz, alors président de la Fondation européenne de la science, constitua un groupe de travail afin d'étudier la réalisati […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/european-synchrotron-radiation-facility/#i_20728

EUROPEAN XFEL (laser européen à électrons libres et à rayons X)

  • Écrit par 
  • Gabriel GACHELIN
  •  • 1 424 mots
  •  • 4 médias

Dans le chapitre « Une tradition institutionnelle scientifique et technologique en matière de rayons X »  : […] En biologie, les rayons X sont depuis le milieu du xx e  siècle au cœur des méthodes utilisées pour déterminer la structure dans l’espace de macromolécules comme les protéines et l’ADN (1953). Ces études sont le plus souvent statiques : l’objet observé n’est pas en mouvement si ce n’est celui de sa rotation lente devant la source de rayons X ; el […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/european-xfel/#i_20728

GALAXIE LA ou VOIE LACTÉE

  • Écrit par 
  • James LEQUEUX
  •  • 6 029 mots
  •  • 6 médias

Dans le chapitre « Les particules de haute énergie »  : […] Les particules de haute énergie sont aussi connues sous le nom de rayons cosmiques ; leur composition est peu différente de celle du gaz interstellaire, mais les éléments lourds y sont plus abondants par rapport à l'hydrogène. Particules chargées, accélérées jusqu'à des vitesses voisines de celle de la lumière, elles parcourent la Galaxie en subissant l'influence du champ magnétique. Si leur masse […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/galaxie-voie-lactee/#i_20728

GALAXIES

  • Écrit par 
  • Danielle ALLOIN, 
  • André BOISCHOT, 
  • François HAMMER
  •  • 10 079 mots
  •  • 13 médias

Dans le chapitre « Les radiogalaxies »  : […] Certaines galaxies, environ une sur dix mille, présentent une émission radioélectrique de plusieurs ordres de grandeur supérieure à celle de la Galaxie ou de la galaxie d'Andromède. De nombreuses études ont été consacrées à ces émissions, dont la nature n'est pas totalement élucidée. Du point de vue de leur aspect visible, les radiogalaxies sont souvent des galaxies elliptiques ou S0 présentant un […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/galaxies/#i_20728

LASERS À ÉLECTRONS LIBRES

  • Écrit par 
  • Jean-Michel ORTEGA
  •  • 2 214 mots
  •  • 2 médias

Dans le chapitre « Principe du laser à électrons libres (LEL)  »  : […] Un laser est un amplificateur d'ondes électromagnétiques. Dans un LEL, le milieu amplificateur est constitué d'un faisceau d'électrons de haute énergie qui passe à travers un onduleur (fig. 1 ). Accélérés à une vitesse proche de celle de la lumière, les électrons entrent en interaction avec un champ magnétique (transverse et alterné), fourni par les différents aimants constituant l'onduleur, et ém […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/lasers-a-electrons-libres/#i_20728

LUMIÈRE

  • Écrit par 
  • Séverine MARTRENCHARD-BARRA
  •  • 6 171 mots
  •  • 4 médias

Dans le chapitre « Le rayonnement synchrotron »  : […] C'est un rayonnement émis par des particules chargées électriquement, accélérées à une vitesse proche de celle de la lumière. Il est directionnel et cohérent et son spectre recouvre une très grande gamme de longueurs d'onde : des rayons X à l'infrarouge lointain. C'est donc une sorte de « laser blanc ». Il a d'abord été mis en évidence comme un phénomène parasite lors de collisions entre particul […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/lumiere/#i_20728

OPTIQUE CRISTALLINE - Diffraction par les cristaux

  • Écrit par 
  • André AUTHIER
  •  • 8 875 mots
  •  • 18 médias

Dans le chapitre « Rayons X »  : […] L'émission des rayons X dans les tubes utilisés en diffraction est obtenue par bombardement d'une cible métallique, ou anticathode, par un faisceau d'électrons accélérés par une différence de potentiel de quelques dizaines de kilovolts. Le spectre émis est constitué par la superposition d'un spectre continu dû au rayonnement de freinage des électrons dans le matériau constituant la cible et d'un […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/optique-cristalline-diffraction-par-les-cristaux/#i_20728

PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Accélérateurs de particules

  • Écrit par 
  • Michel CROZON, 
  • Jean-Louis LACLARE
  •  • 3 503 mots
  •  • 4 médias

Dans le chapitre «  Prémices et avancées techniques »  : […] Les premières expériences suivirent la découverte de la radioactivité naturelle, qui permit de disposer de sources de particules de faible vitesse : particules α ou noyaux d'hélium (rayonnement α) et électrons (rayonnement β). La physique nucléaire expérimentale démarra avec l'étude des effets de ces rayonnements sur les noyaux atomiques. Très vite, on éprouva le besoin de changer les paramètres […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-elementaires-accelerateurs-de-particules/#i_20728

PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Fermions

  • Écrit par 
  • Jean-Eudes AUGUSTIN, 
  • Michel PATY, 
  • Bernard PIRE
  •  • 16 242 mots
  •  • 13 médias

Dans le chapitre « L'électron classique »  : […] La mesure du rapport  e / m du « corpuscule cathodique » ou de l'« ion oscillant », effectuée respectivement par J. J. Thomson et par P. Zeeman, est fondée sur l'une des lois de H. A. Lorentz mise au point lors de l'élaboration d'une interprétation de l'électromagnétisme de Maxwell (cf.  électricité  - Histoire de l'électricité) […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-elementaires-fermions/#i_20728

RADIOASTRONOMIE

  • Écrit par 
  • André BOISCHOT, 
  • James LEQUEUX
  •  • 9 771 mots
  •  • 5 médias

Dans le chapitre « Émissions de freinage magnétique (gyromagnétique et synchrotron) »  : […] Quand un électron se déplace dans un champ magnétique, en l'absence de collisions sur les ions, il décrit une trajectoire hélicoïdale autour des lignes de force du champ en émettant un rayonnement dont la fréquence, connue sous le nom de fréquence cyclotron , ou fréquence de Larmor , ne dépend que de l'intensité H […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/radioastronomie/#i_20728

RADIOSOURCES

  • Écrit par 
  • James LEQUEUX
  •  • 3 084 mots
  •  • 4 médias

Dans le chapitre « Les galaxies elliptiques »  : […] Certaines galaxies elliptiques géantes, intrinsèquement très lumineuses, sont des radiosources. Les unes n'émettent qu'une puissance radio comparativement faible qui provient d'une région relativement très petite située au centre de la galaxie observée optiquement (cela est à rapprocher de l'émission du noyau de certaines galaxies spirales). D'autres, qui sont des radiosources bien plus intenses […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/radiosources/#i_20728

RAYONNEMENT COSMIQUE - Rayons gamma cosmiques

  • Écrit par 
  • François LEBRUN, 
  • Robert MOCHKOVITCH, 
  • Jacques PAUL
  •  • 8 031 mots
  •  • 3 médias

Dans le chapitre « Les résultats »  : […] Avec plus de 700 sources détectées par I.B.I.S./I.S.G.R.I. en près de six ans d'observation, le premier résultat scientifique important obtenu grâce à Integral est le fait que, contrairement à ce qu'on observe au-delà de 10 mégaélectronvolts, l'essentiel de l'émission de notre Galaxie à basse énergie (inférieure à 200 keV) ne provient pas du milieu interstellaire mais de sources ponctuelles. Ce r […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/rayonnement-cosmique-rayons-gamma-cosmiques/#i_20728

RAYONS X

  • Écrit par 
  • André GUINIER
  •  • 5 996 mots
  •  • 12 médias

Dans le chapitre « Spectre continu »  : […] Le spectre d'émission est constitué par un ensemble de radiations dont l'intensité varie de façon continue avec la longueur d'onde. La figure donne l'exemple d'un spectre émis par une anticathode de tungstène. Les faits essentiels sont les suivants : – le spectre comporte un seuil d' émission brusque du côté des courtes longueurs d'onde, cette limite inférieure étant inversement proportionnelle à […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/rayons-x/#i_20728

SHKLOVSKY JOSEF SAMUELOVITCH (1916-1985)

  • Écrit par 
  • François BIRAUD
  •  • 819 mots

Né en Ukraine en 1916, Josef Shklovsky meurt à Moscou en mars 1985. Shklovsky n'était pas homme à construire une œuvre monumentale en consacrant toute sa vie scientifique à un sujet particulier. En revanche, il n'y a guère de domaines de l'astrophysique théorique auxquels il n'ait apporté sa contribution. Il excellait à faire le rapprochement entre des observations en apparence sans relation, à p […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/josef-samuelovitch-shklovsky/#i_20728

SOLEIL SYNCHROTRON

  • Écrit par 
  • Marie-Paule LEVEL, 
  • Paul MORIN
  •  • 398 mots

SOLEIL, opérant à 2,75 GeV (gigaélectronvolts), s'adresse à une large communauté d'utilisateurs dont les besoins vont des photons de basse énergie (infrarouge [IR], vacuum-ultraviolet [VUV, ultraviolet sous vide]) aux rayons X. On a tenu compte également de certaines spécificités des équipes françaises comme l'utilisation de la nature pulsée du faisceau pour les études de dynamique, tant dans le […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/synchrotron-soleil/#i_20728

SPECTROSCOPIE

  • Écrit par 
  • Michel de SAINT SIMON
  •  • 5 066 mots
  •  • 9 médias

Dans le chapitre « Sources de radiations électromagnétiques »  : […] Pour étudier le spectre d'absorption d'un échantillon, une source produit un rayonnement dont le spectre est connu et continu. Pour cela, de l'ultraviolet à l'infrarouge lointain, on utilise des lampes à incandescence à température plus ou moins élevée. Pour l'ultraviolet extrême, les lampes à décharge électrique dans des gaz sous pression sont plus performantes. Vers les longueurs d'ondes encore […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/spectroscopie/#i_20728

Voir aussi

Pour citer l’article

Yves FARGE, Yves PETROFF, Paul MORIN, Marie-Paule LEVEL, « SYNCHROTRON RAYONNEMENT », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 14 juin 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/rayonnement-synchrotron/