SYNCHROTRON RAYONNEMENT

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

Dessin : 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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Brillance du rayonnement synchrotron

Brillance du rayonnement synchrotron
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Émission synchrotron d'un électron accéléré

Émission synchrotron d'un électron accéléré
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Écrit par :

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

Classification

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Pour citer l’article

Yves FARGE, Marie-Paule LEVEL, Paul MORIN, Yves PETROFF, « SYNCHROTRON RAYONNEMENT », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 06 mai 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/rayonnement-synchrotron/