Rayonnement synchrotron - Définition et Explications

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Principe

Synchrotrons, synchro-cyclotrons et cyclotrons réfèrent à différents types d'accélérateurs circulaires.

Dans de tels accélérateurs un champ magnétique intense permet d'accélèrer un faisceau de particules. Or, d'après les équations de Maxwell (Les équations de Maxwell, aussi appelées équations de Maxwell-Lorentz, sont des lois...), toute particule chargée se déplaçant de façon non-uniforme (par exemple sur une trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et...) circulaire) émet un rayonnement électromagnétique (Un rayonnement électromagnétique désigne une perturbation des champs électrique...).

Dans le cas d'un synchrotron (Le terme synchrotron désigne un type de grand instrument destiné à l'accélération à haute...) ces particules sont généralement des électrons (plus rarement des positrons) et tournent à des vitesses relativistes. On peut donc dire que le rayonnement synchrotron (Synchrotrons, synchro-cyclotrons et cyclotrons réfèrent à différents types d'accélérateurs...) est un rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) électromagnétique émis par des électrons qui tournent dans un anneau de stockage.

Propriétés

Ce rayonnement dépend de la vitesse (On distingue :) des électrons mais couvre une très large partie du spectre électromagnétique : de l'infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde...) aux rayons X durs.

Il est alors possible soit d'utiliser une gamme spectrale étendue (spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (En analyse, la transformation de Fourier est un analogue de la théorie des séries de Fourier pour...), diffraction (La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle qui ne leur est...) de Laüe), soit plus habituellement de monochromatiser ce faisceau blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir...) pour ne travailler qu'avec une bande très étroite de fréquences lumineuses. Dans le cadre de certaines expériences, absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise...) de rayons X EXAFS ou XANES par exemple, la possibilité de faire varier finement l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) du faisceau est un atout fondamental et permet de sonder précisément certaines transitions énergétiques.

Le rayonnement synchrotron est particulièrement brillant (intense et focalisé), il peut l'être 10000 fois plus que la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) solaire. Dans la gamme des rayons X durs, la faible divergence du faisceau permet la mise en œuvre de méthodes de micro-imagerie, à l'échelle de quelques fractions de micromètre (Un micromètre (symbole μm) vaut 10-6 = 0, 000 001 mètre.) sur les lignes les plus performantes.

En outre, le rayonnement synchrotron est :

  • assez facilement calculable ;
  • très stable par rapport aux sources classiques ;
  • polarisé (anisotropie) ;
  • pulsé (observation de cinétiques ultra-rapides) ;
  • et permet de travailler en cohérence de phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) (diffraction cohérente, imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui...) de contraste de phase).

Applications

Les applications sont nombreuses :

  • en biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant....) (cristallographie de protéines, dichroïsme circulaire...)
  • en science des matériaux (La science des matériaux repose sur la relation entre les propriétés, la morphologie...) à vocation fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) ou appliquée (imagerie, diffraction)
  • en physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) et en chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) fondamentale ;
  • en micro-fabrication (lithographie X profonde).
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