Électrons relativistes comme sources de lumière

Une conférence du cycle « Physique au Printemps 2011 » sur le thème de « L'électron », organisée par la Société Française de Physique, la Société Française de Chimie et l'Union des Professeurs de Physique et de Chimie, à l'Institut de Physique Nucléaire de Lyon. Contact : Rodolphe Antoine.

Une conférence de Marie-Emmanuelle Couprie, chercheuse au synchrotron SOLEIL (sur le plateau de Saclay), présentée le 30 mars 2011.

Résumé :

Les électrons, et plus généralement les particules relativistes chargées accélérées produisent du rayonnement lorsqu’elles sont soumises à un champ magnétique. Sur un accélérateur de particules comme un anneau de stockage, ce champ magnétique peut être généré par les aimants de courbures qui assurent une trajectoire circulaire. De plus, des systèmes magnétiques particuliers, appelés éléments d’insertion (onduleur ou wiggler), produisant un champ magnétique périodique permanent, sont installés sur des sections droites de l’anneau de stockage. Ils induisent de nombreuses courbures de trajectoire, ce qui rend ce rayonnement plus intense. Après une description du fonctionnement des anneaux de stockage, les propriétés du rayonnement seront décrites, et illustrées avec l’exemple du Synchrotron SOLEIL. Le rayonnement est accordable en longueur d’onde, très collimaté, de haute brillance, polarisé. Sur les sources de rayonnement synchrotron, appelées de troisième génération, une bonne cohérence transverse résulte des propriétés intrinsèques de la source d’électrons, tandis que la gamme spectrale voulue est sélectionnée à l’aide d’un monochromateur. Les sources de quatrième génération, reposant sur le concept de Lasers à Électrons Libres (LEL), résultent de l’interaction d’un faisceau d’électrons relativistes circulant dans un onduleur, et d’une onde optique, accordée spectralement sur la longueur d’onde dite de « résonance » de l’onduleur. Comme les sources de troisième génération, les Lasers à Électrons Libres sont accordables en longueur d’onde, de haute brillance, polarisées et elles présentent des cohérences spatiale et temporelle élevées. À la différence du rayonnement synchrotron, produisant un rayonnement picoseconde (voire femtoseconde dans le cas du slicing, au détriment du flux), des impulsions ultra-courtes femtoseconde peuvent être générées.

La conférence :

Pour écouter en ligne la conférence, synchronisée avec les diapositives : « Électrons relativistes comme sources de lumière » (durée : 1 h 26 min).