SYNCHROTRON RAYONNEMENT

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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


Le principe du synchrotron

Lorsqu'un électron est accéléré dans un aimant de courbure et que sa vitesse est bien inférieure à celle de la lumière, il émet un rayonnement très peu énergétique dans presque toutes les directions (fig. 2a). En revanche, si sa vitesse est proche de celle de la lumière, le rayonnement est beaucoup plus intense, et est émis dans un cône très étroit, tangent à la trajectoire (fig. 2b). C'est dans ces conditions que le champ électromagnétique et la puissance rayonnée sont à leur maximum. Le rayonnement émis introduit un « bruit » aussi bien dans l'énergie que dans la fréquence de révolution, ce qui élargit les raies jusqu'à donner un spectre continu. Le flux du rayonnement (le nombre de photons émis par seconde) suit une loi universelle et est proportionnel à l'énergie et à l'intensité du faisceau d'électrons. Son caractère parfaitement calculable en fait d'ailleurs un outil de choix pour la métrologie.

Émission synchrotron d'un électron accéléré

Émission synchrotron d'un électron accéléré

Dessin

Émission synchrotron d'un électron accéléré dans un aimant de courbure. En a, la vitesse de l'électron est très inférieure à celle de la lumière ; le rayonnement synchrotron émis est peu énergétique et diffuse dans presque toutes les directions. En b, la vitesse de l'électron est... 

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Les onduleurs, dispositifs périodiques de longueur d'onde λ0 insérés dans les sections droites des anneaux de stockage, ont permis d'augmenter énormément le flux émis (jusqu'à quatre ordres de grandeur). Cela a été rendu possible en faisant osciller sinusoïdalement la trajectoire des électrons suivant la même longueur d'onde λ0 conduisant à un phénomène d'interférences constructives pour certaines longueurs d'onde de photons (proportionnelles à λ0 et aux premières harmoniques). De plus, l'émission est d'autant plus concentrée que le nombre d'oscillations est élevé. En jouant sur la période, on peut ainsi couvrir un très large domaine d'énergie.


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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

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Voir aussi

Pour citer l’article

Yves FARGE, Yves PETROFF, Paul MORIN, Marie-Paule LEVEL, « SYNCHROTRON RAYONNEMENT », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 16 octobre 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/rayonnement-synchrotron/