Présentation
Auteur(s)
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Irène NENNER : Service des photons, atomes et molécules, DSM/DRECAM, Centre d’études de Saclay
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Jean DOUCET
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Hervé DEXPERT : Laboratoire pour l’utilisation de rayonnement électromagnétique (LURE), laboratoire mixte CNRS, CEA, MESR
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le rayonnement synchrotron, lumière émise par des électrons ou des positrons relativistes et soumis à une accélération centripète fournit un très large spectre de longueurs d’onde depuis l’infrarouge lointain jusqu’aux rayons X. La nouvelle génération de machines spécialement conçues pour l’utilisation de cette lumière a ouvert, à une large communauté de scientifiques de laboratoires publics et privés, une grande variété de méthodes d’investigation de la matière condensée qui complètent et vont au-delà des méthodes classiques. La continuité spectrale et l’utilisation en faisceau monochromatique, la brillance de la source, sa structure temporelle, sa polarisation linéaire ou circulaire, ses propriétés de cohérence ont donné une nouvelle dimension aux études des propriétés structurales, électroniques, magnétiques de la matière à un niveau de résolution extrême. Les méthodes de caractérisation et d’analyse basées sur l’absorption, la diffusion-diffraction du rayonnement avec de nombreuses variantes, ou encore sur la fluorescence X et la photoémission, sont décrites avec différents exemples d’application choisis dans les secteurs de la catalyse, l’électrochimie, l’adhésion, la biocristallographie, la métallurgie ou encore les matériaux magnétiques artificiels. Les technologies et l’instrumentation associées au rayonnement synchrotron et au laser à électrons libres dans l’infrarouge, tels que les techniques d’imagerie, de microscopie et de lithographie beaucoup plus récemment développées en France ou à l’étranger sont présentées et illustrées par des exemples empruntés à la médecine, la chimie, l’électrochimie, la micromécanique. Enfin, le laser à électrons libres, qui peut être considéré comme une retombée du développement du rayonnement synchrotron, est décrit comme une autre nouvelle source de lumière. Les performances de la version infrarouge de ce laser sont illustrées par des applications en électrochimie et en microscopie à effet tunnel.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 1989 par Irène NENNER, Hervé DEXPERT, Michel BESSIÈRE
- Version courante de mars 2011 par Jean DOUCET, José BARUCHEL
DOI (Digital Object Identifier)
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Caractéristiques du rayonnement synchrotron4. Avenir du rayonnement synchrotron
Le paramètre principal caractéristique de l’évolution des sources synchrotron est l’accroissement de la luminance. Pour donner une idée de cette évolution, il est intéressant de savoir que les sources de rayonnement synchrotron les plus anciennes sont quatre ordres de grandeur plus brillantes que les tubes à rayons X à anode tournante. L’écart en luminance entre ces sources et celles qui ont été optimisées avec des onduleurs très performants comme à l’ESRF, se situe autour de sept nouveaux ordres de grandeur !
On peut alors très raisonnablement imaginer que le rayonnement synchrotron qui est déjà une sonde pour l’étude des propriétés structurales, électroniques, magnétiques de la matière à l’échelle nanométrique, donnant des informations physicochimiques multiples avec une résolution spectrale, spatiale et temporelle inégalée, quel que soit le niveau de complexité du matériau, deviendra un instrument de plus en plus incontournable pour résoudre de nombreux problèmes en sciences de la matière condensée comme les sciences de la vie.
En d’autres termes, c’est un outil non destructif idéal pour un suivi de réactions in situ dans des environnements divers (température, pression, action chimique ou électrochimique, action électromagnétique ou radiolyse) permettant d’obtenir des informations en temps réel jusqu’à la milliseconde. Un effort particulier sur les lignes de lumière sera envisagé pour traiter une grande variété d’objets comme des échantillons sous haute température et sous pression, des échantillons radioactifs, des réacteurs, etc. ne demande que du temps pour aboutir.
C’est par ailleurs un outil pour fabriquer des objets de taille micronique en très grande quantité, ce qui ouvrira donc une utilisation commerciale directe de ces sources.
L’utilisation des sources de rayonnement synchrotron visera en fait de plus en plus non seulement l’exploitation de toutes ses propriétés ultimes mais aussi à faciliter son accessibilité pour satisfaire les besoins industriels.
Remerciements
Nous remercions J.P. DURAUD, B. PERLY, P. JEHENSON et J.P. COUTURES pour leur aide précieuse dans l’évaluation des performances de techniques concurrentes au rayonnement synchrotron.
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