Rayonnement synchrotron - Définition

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, toute particule chargée se déplaçant de façon non-uniforme (par exemple sur une trajectoire circulaire) émet un rayonnement électromagnétique.

Dans le cas d'un synchrotron ces particules sont généralement des électrons (plus rarement des positrons) et tournent à des vitesses relativistes. On peut donc dire que le rayonnement synchrotron est un rayonnement électromagnétique émis par des électrons qui tournent dans un anneau de stockage.

Propriétés

Ce rayonnement dépend de la vitesse des électrons mais couvre une très large partie du spectre électromagnétique : de l'infrarouge aux rayons X durs.

Il est alors possible soit d'utiliser une gamme spectrale étendue (spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, diffraction de Laüe), soit plus habituellement de monochromatiser ce faisceau blanc pour ne travailler qu'avec une bande très étroite de fréquences lumineuses. Dans le cadre de certaines expériences, absorption de rayons X EXAFS ou XANES par exemple, la possibilité de faire varier finement l'énergie 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 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 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 (diffraction cohérente, imagerie de contraste de phase).

Applications

Les applications sont nombreuses :

• en biologie (cristallographie de protéines, dichroïsme circulaire...)
• en science des matériaux à vocation fondamentale ou appliquée (imagerie, diffraction)
• en physique et en chimie fondamentale ;
• en micro-fabrication (lithographie X profonde).