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Dossier : Rayonnement synchrotron - de Frascati à Soleil (1963-2013)

Glossaire

Ce glossaire est largement inspiré de celui publié dans le numéro de la revue de la Société française de physique : « La lumière synchrotron au service de la science et de la société », Reflets de la physique n° 34-35, 2013. www.refletsdelaphysique.fr
Alain Michalowicz, Henri Ostrowiecki, Isabelle Martelly et René Bimbot
p. 70-72

Texte intégral

Caractéristiques d’un synchrotron

1Aimant de courbure : électroaimant situé dans l’anneau de stockage, qui donne aux électrons une trajectoire circulaire. Ceux-ci émettent un rayonnement synchrotron dont une fraction est exploitée dans une « ligne de lumière » à des fins expérimentales.

2Anneau de stockage : partie de l’accélérateur dans laquelle un faisceau de particules sous ultravide circule à vitesse constante et décrit une trajectoire fermée.

3Booster : avant leur injection dans l’anneau de stockage, les électrons sont accélérés en deux temps, d’abord dans un accélérateur linéaire puis dans un accélérateur circulaire appelé synchrotron booster. L’énergie des particules dans l’anneau de stockage est celle obtenue à la sortie du booster. L’insertion de boosters dans les synchrotrons a permis de construire des machines dont la section d’injection est plus compacte.

4Élément d’insertion : structures magnétiques périodiques insérées dans les sections rectilignes d’un anneau de stockage. On distingue deux types d’éléments d’insertion : les wigglers et les onduleurs.

5Laser à électrons libres : source d’impulsions de lumière femtoseconde (10-15 seconde), totalement cohérentes et très intenses. Cette lumière est produite dans un onduleur placé au bout d’un accélérateur linéaire.

6Ligne de lumière : tube sous vide dans lequel se propage la lumière synchrotron issue de l’anneau de stockage (aimant de courbure ou élément d’insertion) au bout duquel on place une station expérimentale.

7Onduleur : structure magnétique périodique comportant plusieurs dizaines d’aimants alternés qui modifie localement la trajectoire des particules dans une section droite de l’anneau de stockage. La trajectoire y est alors faiblement ondulée et fournit, par un effet d’interférences un spectre de raies de très haute brillance. La largeur des raies décroit et la brillance augmente avec le nombre de structures magnétiques.

8Wiggler : élément d’insertion comportant un nombre limité de structures magnétiques, mais de courbure plus petite et de champ magnétique plus fort que dans un aimant de courbure. Il émet un rayonnement « blanc » (spectre continu de longueurs d’onde) analogue mais plus intense et à longueur d’onde de coupure plus petite (énergie de photons plus grande) que celui des aimants de courbure.

Caractéristiques du rayonnement

9Brillance d’une source lumineuse : flux de photons par unité d’angle solide et par unité de surface émettrice en référence à un rayonnement standard.

10Cohérence d’une source lumineuse : les photons sont en phase sur une portion du front d’onde. Elle croît avec la brillance.

11Polarisation de la lumière : il y deux types de polarisations :

121) polarisation linéaire : les champs électriques et magnétiques associés à l’onde électromagnétique (ou aux photons) ont chacun une direction fixe dans l’espace, perpendiculaire à la direction de propagation de la lumière ;

132) polarisation circulaire : les champs électromagnétiques tournent régulièrement dans un sens invariable autour de la direction de propagation du faisceau. On distingue les deux sens de rotation, droite ou gauche.

14Dans les faisceaux issus des aimants de courbure, la polarisation du champ électrique est majoritairement horizontale, dans le plan de l’orbite des électrons. Les onduleurs peuvent être construits pour obtenir la polarisation linéaire ou circulaire désirée. L’étude de la structure et des propriétés de la matière (par exemple le magnétisme) nécessite souvent de contrôler la polarisation de la lumière utilisée.

15Rayonnement blanc : rayonnement dont le spectre de longueurs d’onde est continu. Avec le rayonnement synchrotron, il s’étend de l’infrarouge lointain jusqu’aux rayons X très durs.

16Rayonnement synchrotron : rayonnement émis par des particules électriquement chargées accélérées. Dans un synchrotron, l’accélération des électrons est transverse et liée à la courbure de la trajectoire.

17Particule relativiste : particule dont la vitesse est proche de la vitesse de la lumière.

18Rayons X : (RX) rayonnement électromagnétique à haute fréquence constitué de photons dont la longueur d’onde est de l’ordre de 3 à 10-2 nm, soit en énergie de 0,4 à 100 KeV (kilo électron Volts). Le domaine compris entre 0,4 KeV et l’ultraviolet lointain est souvent désigné comme domaine de Holweck.

19Rayons X « mous » et « durs » : les rayons X sont qualifiés de « mous » s’il s’agit de photons d’énergies comprises entre 100 électronvolts (12,4 nanomètres de longueur d’onde) et 10 kilo électronvolts (0,124 nm). Ils sont « durs » entre 10 KeV et 1 Méga électronvolts. La frontière entre X « mous » et « durs » n’est pas précise. Souvent, on la place plutôt vers 4-5 KeV. Les photons d’énergies inférieures à 100 eV (approximativement) sont des ultra-violets, alors qu’au-delà du Mev, on a les rayons gamma.

20VUV : ultraviolet du vide qui couvre la région du spectre de longueur d’ondes comprises entre 200 et 30 nm. Le VUV recouvre partiellement le domaine de l’ultraviolet lointain de 300 à 120 nm.

21Electron-volt : c’est l’énergie acquise par un électron accéléré par une différence de potentiel de 1 volt. 1eV =1,6 10-19 joule. On utilise notamment l’électron-volt en physique des particules pour exprimer les niveaux d’énergie rencontrés dans les accélérateurs de particules.

22Cette unité étant très faible, on parle souvent de multiples de l’eV, de kilo électron-volts (KeV) = 103 eV, de méga électron-volts (MeV) =106 eV, de giga électron-volt s (GeV) = 109 eV ou de tera électron-volt s (TeV) = 1012 eV, un peta électron-volts (PeV) : 1015 eV.

Interaction rayonnement-matière

23Pour éviter toute confusion, il faut se rappeler que l’intensité lumineuse et son énergie sont à distinguer. Chaque photon apporte individuellement une énergie (un quantum d’énergie), selon la loi de Planck-Einstein E = h où E = énergie du photon en Joule, h la constante de Planck soit 6,63 10-34 J.s et n la fréquence (en hertz) de l’onde électromagnétique associée au photon considéré (rien à voir avec E =mc2 qui concerne les particules ayant une masse au repos, comme les électrons, et pas les photons). Si un rayon lumineux contient N photons, l’énergie lumineuse totale transportée sera Nh.

24Dichroïsme circulaire : propriété d’un matériau qui absorbe différemment la lumière selon qu’elle a une polarité circulaire droite à gauche 

25Diffusion : déviation angulaire de la lumière par interaction avec la matière.

26Diffusion élastique : diffusion de la lumière sans changement du quantum d’énergie de chaque photon.

27Diffusion inélastique : diffusion avec changement du quantum d’énergie des photons.

28Diffraction : résultat de l’interférence des ondes diffusée par chaque point d’un objet. Si la structure de l’objet est cristalline, l’intensité n’est diffusée que dans certaines directions données par la loi de Bragg.

29Absorption : perte d’intensité lumineuse, c’est à dire du nombre de photons, sans modification du quantum d’énergie de chaque photon.

30Diffusion anomale : combinaison de diffusion et d’absorption.

31Photoémission : en spectroscopie, mesure de l’énergie des électrons émis par effet photoélectrique. Elle fournit des informations sur la liaison chimique ou métallique.

32Réflexion spéculaire : réflexion totale de la lumière par la surface d’un matériau.

Principaux sigles

33ACO : Anneau de collision d’Orsay.

34Super ACO : synchrotron construit pour l’utilisation du rayonnement en remplacement d’ACO.

35ADA : synchrotron de Frascati (Italie).

36APD : avant-projet détaillé.

37CEA : Commissariat à l’énergie atomique.

38DCI : Dispositif de collision dans l’igloo en référence au bâtiment contenant l’accélérateur linéaire qui suggère un igloo.

39ESRF : European Radiation Synchrotron Facility. Cet instrument est implanté à Grenoble.

40G.E : General Electric.

41INB : Installation nucléaire de base.

42IN2P3 : Institut national de physique nucléaire et de physique des particules.

43IPANEMA : Institut photonique d’analyse non-destructive européen des matériaux anciens.

44LAL : Laboratoire de l’accélérateur linéaire.

45LEL : Laser à électrons libres.

46Lure : Laboratoire pour l’utilisation du rayonnement électromagnétique.

47RS : rayonnement synchrotron.

48RX : rayons X.

49Soleil : Source optimisée de lumière d’énergie intermédiaire de Lure.

50XAS ou SAX : spectroscopie d’absorption des RX, qui se décline en XANES et EXAFS respectivement : X-Ray Absorption Near Edge Structures et Extended X-ray Absorption Fine Structures.

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Pour citer cet article

Référence papier

Alain Michalowicz, Henri Ostrowiecki, Isabelle Martelly et René Bimbot, « Glossaire », Histoire de la recherche contemporaine, Tome III - N°1 | -1, 70-72.

Référence électronique

Alain Michalowicz, Henri Ostrowiecki, Isabelle Martelly et René Bimbot, « Glossaire », Histoire de la recherche contemporaine [En ligne], Tome III - N°1 | 2014, mis en ligne le 15 juin 2014, consulté le 18 août 2017. URL : http://hrc.revues.org/621 ; DOI : 10.4000/hrc.621

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Auteurs

Alain Michalowicz

Professeur de physique à l’université Paris-Est Créteil, chercheur à l’Institut de chimie et des matériaux Paris-Est (UMR CNRS et UPEC)

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Henri Ostrowiecki

Technicien et ingénieur CNAM au Laboratoire de chimie-physique

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Isabelle Martelly

Biologiste, professeur émérite de l’université Paris-Est Créteil et chercheur au Laboratoire croissance, réparation et régénération tissulaires (CRRET, ERT CNRS 7149)

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René Bimbot

Agrégé de physique et docteur ès sciences, directeur de recherche émérite à l’Institut de physique nucléaire d’Orsay et au CNRS

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Droits d’auteur

© Comité pour l’histoire du CNRS

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