FR2775415A1 - Procede et dispositif de production de rayonnement synchrotron infrarouge - Google Patents
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Abstract
Procédé et dispositif de production de rayonnement synchrotron infrarouge.Selon l'invention, on dévie un faisceau (10) de particules chargées relativistes, d'un angle égal à 2/gamma, gamma étant le rapport de l'énergie d'une particule à l'énergie au repos de celle-ci. On obtient ainsi un rayonnement synchrotron d'intensité maximale dans le domaine infrarouge, dans un cône de demi-angle au sommet sensiblement égal à 1/ '. Application en sciences des matériaux et du vivant.
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF DE PRODUCTION DE RAYONNEMENT
SYNCHROTRON INFRAROUGE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de production de rayonnement
synchrotron infrarouge.
Par " rayonnement infrarouge ", on entend un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est supérieure ou égale à environ lm et peut
aller jusqu'à environ 10000pm voire plus.
L'invention trouve des applications dans de nombreux laboratoires de recherche et par exemple dans
le domaine des sciences des matériaux et du vivant.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
On sait que le rayonnement synchrotron est produit dans des accélérateurs de particules lorsque les particules, généralement des électrons dont la vitesse est proche de celle de la lumière dans le vide, interagissent avec le champ magnétique produit par des aimants dipolaires qui ont typiquement une longueur de l'ordre de 1 m et dont la fonction est de maintenir les particules sur une trajectoire fermée sur elle-même,
dans le tube à vide de l'accélérateur.
On a schématiquement et partiellement représenté un tel accélérateur sur la figure 1 o l'on voit le tube à vide 2 dans lequel circulent les électrons et le long duquel sont disposés les divers
aimants dipolaires 4 ou aimants de courbure 4.
Le tube 2 a une forme sensiblement polygonale: ce tube est rectiligne entre deux aimants S dipolaires adjacents et comprend une partie courbe au
niveau de chacun de ces aimants dipolaires.
Les accélérateurs à rayonnement synchrotron connus sont conçus pour la production de rayons X et l'intensité du rayonnement synchrotron est d'ailleurs maximale à des longueurs d'onde de l'ordre de 0,1 nm ou moins. On voit sur la figure 1 le rayonnement synchrotron 6 engendré au niveau des divers aimants dipolaires. Ce rayonnement synchrotron est très peu divergent: sa divergence angulaire est typiquement de 1/y o y représente le rapport de l'énergie E d'une particule émettant le rayonnement synchrotron à
l'énergie au repos E., de cette particule.
Pour des électrons, E. vaut 0,511 MeV et E est de l'ordre quelques GeV, d'o une divergence angulaire inférieure à environ 0,25 milliradian, comparable à celle d'un rayonnement laser, le spot de lumière correspondant ayant un diamètre de 2,5 mm à
10 m.
Le rayonnement synchrotron infrarouge, qui est produit de manière naturelle dans les aimants de courbure en même temps que le rayonnement synchrotron X, présente l'inconvénient d'être moins brillant que ce rayonnement X. En effet, l'intensité du rayonnement synchrotron diminue à mesure que la longueur d'onde augmente de la gamme X à la gamme infrarouge de sorte que l'intensité du rayonnement synchrotron infrarouge ainsi obtenu peut être inférieure de plusieurs ordres de grandeur à l'intensité du rayonnement synchrotron X. De plus, le demi- angle au sommet du cône de rayonnement, qui est inférieur à environ 0,25 milliradian pour le rayonnement X, augmente indéfiniment lorsque la longueur d'onde observée augmente et peut aller jusqu'à 10 à 50 fois 1/y dans la
gamme infrarouge.
Ceci est préjudiciable non seulement à la brillance angulaire mais encore à l'extraction car une partie du rayonnement est susceptible de heurter les parois du tube à vide de l'accélérateur avant d'avoir atteint une fenêtre de sortie (qui permet à un utilisateur de récupérer le rayonnement), ce qui contribue aussi à diminuer l'intensité effective au
niveau de l'installation dont dispose cet utilisateur.
Le rayonnement synchrotron infrarouge peut être produit dans les aimants de courbure d'un accélérateur de particules, comme on l'a vu plus haut, mais peut être également obtenu au moyen de dispositifs spéciaux appelés " wigglers " qui sont normalement destinés à la production de rayonnement X mais émettent aussi de façon naturelle un rayonnement infrarouge de
mauvaise qualité (voir plus haut).
Pour produire un rayonnement synchrotron infrarouge, on a également envisagé d'utiliser des aimants spéciaux appelés onduleurs (" undulators "), qui ont la propriété de fournir un rayonnement monochromatique, mais de tels aimants présentent
l'inconvénient d'avoir des dimensions prohibitives.
EXPOSE DE L'INVENTION
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents et permet d'obtenir un rayonnement synchrotron infrarouge intense et de grande brillance angulaire. De plus, l'invention peut être mise en
oeuvre avec des moyens peu encombrants.
De façon précise, la présente invention a tout d'abord pour objet un procédé de production d'un rayonnement synchrotron, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on dévie un faisceau de particules chargées relativistes d'un angle égal à 2/y (exprimé en radians), y étant égal à E/E0 o E et ED représentent respectivement l'énergie d'une particule du faisceau et l'énergie au repos de cette particule, ce qui permet d'obtenir un rayonnement synchrotron d'intensité maximale dans le domaine infrarouge, dans un cône dont
le demi-angle au sommet vaut sensiblement 1/y.
Par " particules relativistes ", on entend des particules dont la valeur de y est très supérieure
à 1, c'est-à-dire de l'ordre de 100 ou plus.
Comme on le verra par la suite, la déviation souhaitée du faisceau de particules est réalisable de bien des façons. Lorsque le faisceau de particules circule dans une structure munie de moyens réglables, aptes à corriger la trajectoire du faisceau, il est même possible de régler l'un de ces moyens pour
obtenir cette déviation d'angle 2/y.
L'invention a également pour objet un dispositif de production d'un rayonnement synchrotron, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de déviation apte à dévier un faisceau de particules chargées relativistes, d'un angle égal à 2/y, y étant égal à E/E0 o E et E0 représentent respectivement l'énergie d'une particule du faisceau et l'énergie au repos de cette particule, ce qui permet d'obtenir un rayonnement synchrotron d'intensité maximale dans le domaine infrarouge, dans un cône dont
le demi-angle au sommet vaut sensiblement 1/y.
Le moyen de déviation peut être choisi parmi les aimants multipolaires et les cristaux, aptes
à dévier le faisceau de l'angle 2/y.
Selon un premier mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, le moyen de déviation est un aimant dipolaire apte à dévier le faisceau de particules suivant une trajectoire plane, le produit de l'induction magnétique B au centre de l'entrefer de cet aimant dipolaire par la longueur magnétique L de celui- ci étant tel que B.L = 2(1+y2W2) m -.v.q m, v et q représentant respectivement la masse au repos, la vitesse et la charge électrique des particules et til représentant l'angle (de préférence nul) formé par la direction d'observation du
rayonnement synchrotron avec le plan de la trajectoire.
Selon un deuxième mode de réalisation particulier, le moyen de déviation est un aimant quadrupolaire qui est destiné à être traversé par le faisceau de particules à une distance de l'axe central de cet aimant quadrupolaire à laquelle l'induction magnétique a une valeur B, et qui est apte à dévier ce faisceau suivant une trajectoire plane, le produit de l'induction B par la longueur magnétique L de l'aimant quadrupolaire étant tel que B.L = 2 (l+y2y2 1/2 mo.v.q-1 m0, v et q représentant respectivement la masse au repos, la vitesse et la charge électrique des particules et y représentant l'angle (de préférence nul) formé par la direction d'observation du
rayonnement synchrotron avec le plan de la trajectoire.
L'angle y est de préférence nul, le rayonnement synchrotron étant alors observé dans le
plan de la trajectoire du faisceau de particules.
Selon les conditions d'exploitation, il est plus ou moins facile d'observer le rayonnement synchrotron dans ce plan de la trajectoire ou suivant
une direction angulaire y non nulle.
Le dispositif objet de l'invention peut être installé dans une structure apte à faire circuler
le faisceau de particules suivant un circuit fermé.
On peut donc installer ce dispositif par exemple sur un accélérateur de particules tel que celui de la figure 1, un anneau de stockage ou même un
collisionneur.
Cependant on peut aussi installer le dispositif objet de l'invention dans une structure (accélérateur linéaire de particules) apte à faire
circuler le faisceau de particules en ligne droite.
Dans la présente invention, les particules utilisées pour produire le rayonnement synchrotron infrarouge sont de préférence des électrons, qui sont parmi les particules les plus faciles à accélérer jusqu'à des valeurs de y élevées, et l'on donne de préférence à ces électrons une valeur de y très
supérieure à 1, notamment de l'ordre de 100 ou plus.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à
la lecture de la description d'exemples de réalisation
donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels: * la figure 1, déjà décrite, est une vue schématique et partielle d'un accélérateur connu de particules qui produit un rayonnement synchrotron, * la figure 2 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, permettant d'observer le rayonnement synchrotron infrarouge dans le plan de la trajectoire des particules, * la figure 3 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation particulier de ce dispositif, et * la figure 4 illustre schématiquement un dispositif conforme à l'invention, permettant d'observer le rayonnement synchrotron infrarouge en dehors du plan de la trajectoire des particules.
EXPOSÉ DÉTAILLE DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Comme on l'a vu plus haut, selon l'invention, on dévie un faisceau de particules chargées relativistes, d'un angle égal à 2/y (exprimé en radians), y étant le rapport E/Eo o E est l'énergie des particules et Eo l'énergie au repos de ces particules. On utilise par exemple un accélérateur d'électrons permettant de communiquer à ceux-ci une énergie E de 2,5 GeV de sorte que la déviation 2/y est environ égale à 0,4 milliradian (puisque E0 est environ
égal à 0,511 MeV).
Dans un premier exemple schématiquement représenté sur figure 2, on utilise un aimant dipolaire particulier 8 en tant que moyen de déviation du
faisceau de particules 10.
Cet aimant dipolaire est par exemple installé dans un accélérateur de particules du genre de l'accélérateur schématiquement représenté sur la figure 1. L'aimant dipolaire 8 est alors monté dans une portion du tube dans lequel circulent les particules, portion qui est comprise entre deux aimants de courbure de l'accélérateur. Le tube et les aimants
de courbure ne sont pas représentés sur la figure 2.
Le faisceau de particules 10, par exemple un faisceau d'électrons, a une trajectoire sensiblement rectiligne avant de pénétrer dans l'aimant dipolaire 8 (par la gauche de ce dernier dans l'exemple représenté), est ensuite dévié par le champ magnétique dans cet aimant dipolaire, suivant un arc de cercle (l'angle au centre qui intercepte cet arc étant égal à 2/y radian) puis a une trajectoire sensiblement
rectiligne à la sortie de l'aimant dipolaire 8.
Le plan de la trajectoire du faisceau
d'électrons est le plan de la figure 2.
Soit L la longueur magnétique de l'aimant dipolaire 8. Par définition, cette longueur magnétique est égale à l'intégrale de champ magnétique relative à cet aimant dipolaire 8, divisée par la valeur B de l'induction magnétique au centre de l'entrefer de cet aimant. Dans ce dernier, le champ magnétique est sensiblement uniforme et l'on considère que la longueur magnétique de l'aimant 8 est sensiblement égale à la
longueur (géométrique) de celui-ci.
Pour que la déviation soit égale à 2/y il faut et il suffit que le produit B.L vérifie l'égalité suivante: B.L = (2/y).p/q (1) Dans cette égalité, p et q représentent respectivement l'impulsion et la charge électrique des particules. Soit c la vitesse de la lumière dans le vide. On sait que l'on peut écrire:
E2 = p2c2 + Eo2 (2).
En reportant dans l'équation (1) la valeur de p déduite de l'équation (2), la condition à laquelle doit satisfaire le produit B.L devient:
B.L = 2mo.v/q (3).
Dans l'équation (3) mo et v représentent respectivement la masse au repos des particules et la vitesse de celles-ci (et 2 vaut 1-(v/c) 2) Si l'on connaît la valeur de l'induction magnétique B, on est capable de déterminer la longueur L qu'il faut donner à l'aimant dipolaire 8 pour obtenir
la déviation 2/y.
Dans le cas d'un faisceau d'électrons auquel l'accélérateur a communiqué une valeur de y très supérieure à 1 (y au moins égal à 100), le produit B.L doit être sensiblement égal à 1/300 T.m (Tesla.mètre), ce que l'on note:
B.L # 1/300 T.m (4).
On obtient alors un rayonnement synchrotron (émis vers la droite de la figure 2) dont l'intensité est maximale dans le domaine infrarouge, dans un cône C dont le demi-angle au sommet vaut sensiblement 1/y (exprimé en radians), dont l'axe X est sensiblement tangent à la trajectoire en forme d'arc de cercle dans l'aimant dipolaire 8 et dont le sommet coïncide
sensiblement avec le milieu A de cet arc de cercle.
Un utilisateur doit alors placer des moyens 12 de détection du rayonnement dans le plan de la
trajectoire en forme d'arc de cercle.
Il convient de noter que l'on trouve divers aimants le long des tubes à vide des accélérateurs mais qu'on n'en trouve aucun qui soit fondé sur le critère particulier d'une déviation d'angle 2/y ou dont la longueur soit de 1/(300B) (pour des électrons), critère qui n'a pas lieu d'être pour le fonctionnement d'un accélérateur de particules ni pour l'émission de rayonnement synchrotron telle qu'elle est conçue dans
l'état de la technique antérieure.
La relation (4) doit être réalisée aussi précisément que possible. Tout écart, par exemple par un allongement ou une diminution de L par rapport à sa valeur optimale égale à 1/(300 B), se traduirait par une diminution de la brillance de la source de
rayonnement synchrotron.
Cette perturbation est toutefois faible tant que l'on s'écarte suffisamment peu de cette valeur optimale, ce qui conduit à de très bons résultats avec la précision que permet la technique habituelle en matière de fabrication d'aimants et de positionnement
de ceux-ci dans un accélérateur de particules.
Les caractéristiques de l'aimant dipolaire
sont donc ainsi fixées.
Par exemple, si l'on veut utiliser un aimant dipolaire dont l'entrefer (espace entre les deux pôles) vaut 3 cm (c'est typiquement la distance imposée entre les deux pôles de l'aimant pour permettre le passage d'électrons), il convient que cet aimant ait au
moins une longueur de 3 cm.
La formule (4) impose dans ce cas que B soit sensiblement égal à 0,11T qui est une valeur d'induction magnétique facile à obtenir avec un aimant
dipolaire de type courant.
Un autre mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention est schématiquement représenté sur la figure 3 et utilise un aimant
quadrupolaire particulier 14.
Cet aimant 14 permet encore de dévier un faisceau de particules chargées tel que le faisceau d'électrons relativistes 10, suivant un arc de cercle,
avec un angle de déviation égal à 2/y.
Dans le cas de la figure 3, ce faisceau 10 traverse l'aimant quadrupolaire 14 à une distance r de l'axe magnétique Y de celui-ci, axe sur lequel
l'induction magnétique est nulle.
A cette distance r, l'induction magnétique B est égale à G.r o G est le gradient de champ
magnétique qui caractérise l'aimant quadrupolaire 14.
Cet aimant quadrupolaire est encore installé dans un accélérateur de particules, dans une zone rectiligne du tube à vide de cet accélérateur, entre deux aimants de courbure de celui-ci. Le tube à vide et les aimants de courbure ne sont pas représentés
sur la figure 3.
Le plan de la trajectoire du faisceau d'électrons 10 coïncide encore avec le plan de la
figure 3.
La longueur magnétique de l'aimant quadrupolaire 14 est encore notée L et coïncide sensiblement avec la longueur de cet aimant quadrupolaire. Pour obtenir la déviation égale à 2/y le produit B.L doit encore vérifier la relation (3), c'est-à-dire la relation (4) pour des électrons, avec B=G.r. On a aussi représenté sur la figure 3 le cône C de demi-angle au sommet 1/y dans lequel on obtient un rayonnement synchrotron d'intensité maximale
dans le domaine infrarouge.
L'axe X de ce cône est sensiblement parallèle à l'axe Y. Dans le cas de la figure 3, le rayonnement synchrotron est encore observé dans le plan de la
trajectoire avec des moyens de détection appropriés 12.
Par exemple, avec une valeur typique G=10 T/m et une longueur L égale à 0,1 m, pour que la relation (4) soit satisfaite, il faut que B soit sensiblement égal à 0,033 T et donc que r soit sensiblement égal à 3,33 mm, ce qui est une valeur tout à fait envisageable dans un accélérateur à rayonnement
synchrotron.
En général, pour des raisons de guidage du faisceau de particules, on fait en sorte que r n'excède pas quelques dixièmes de millimètre mais il est possible de dérégler le guidage de façon à atteindre une valeur r de l'ordre de quelques millimètres dans un
aimant quadrupolaire.
Au lieu d'installer un dispositif conforme à l'invention dans un accélérateur de particules o le faisceau de particules circule suivant un circuit fermé, on peut installer ce dispositif dans un
accélérateur linéaire.
De plus, pour obtenir la déviation 2/ ', on peut utiliser d'autres moyens qu'un aimant dipolaire ou
qu'un aimant quadrupolaire.
On peut par exemple utiliser un aimant multipolaire (avec N pôles, N>4) ou un cristal
permettant d'obtenir cette déviation.
On peut même utiliser, pour obtenir la déviation de 2/y, l'un des moyens de correction de trajectoire que comporte un accélérateur de particules
en réglant convenablement ce moyen de correction.
Au lieu d'électrons on peut utiliser d'autres particules chargées, par exemple des positrons, ou même des protons (bien qu'il soit plus difficile de communiquer à ces derniers une valeur de y
très supérieure à 1.
Lorsqu'on met en oeuvre l'invention dans un accélérateur de particules, la déviation de 2/y écarte les particules de leur trajectoire nominale dans cet accélérateur et il convient alors de prévoir des moyens de correction, par exemple des aimants correcteurs, pour que les particules se retrouvent sur leur trajectoire nominale après avoir émis le rayonnement
synchrotron infrarouge.
Les exemples décrits en faisant référence aux figures 2 et 3 supposent que le rayonnement synchrotron infrarouge est reçu par l'utilisateur dans le plan de la trajectoire suivie par le faisceau de
particules dans l'accélérateur.
Il se peut cependant que, pour des raisons technologiques ou de place disponible (ou pour toute autre raison), l'utilisateur doive placer son
appareillage de détection de rayonnement infrarouge au-
dessus ou au-dessous de ce plan, dans une direction angulaire 'V par rapport à ce plan, iV étant alors non
nul et en général de l'ordre de quelques fois 1/y.
Le calcul montre alors que, pour conserver une intensité maximale dans le domaine infrarouge suivant cette direction d'observation, la relation (3) doit devenir:
B.L = 2 (1+y2y2)" m.v.q-' (5).
L'aimant 8 ou 14 doit alors être un peu allongé ou bien son champ magnétique un peu augmenté par rapport à la valeur correspondant à une observation dans le plan de la trajectoire, cette observation
correspondant à un angle W nul.
Ceci est schématiquement illustré par la figure 4 o l'on voit, en perspective, la trajectoire du faisceau de particules 10: cette trajectoire est dans un plan défini par des axes x et y, l'axe y étant tangent à l'arc de cercle décrit par le faisceau dans l'aimant (non représenté) et passant par le milieu A de cet arc (l'axe y correspond sensiblement à l'axe du cône d'émission de rayonnement synchrotron) et l'axe x étant perpendiculaire à l'axe y et passant aussi par A. On voit aussi un axe z qui passe par le
point A et qui est perpendiculaire aux axes x et y.
L'axe d'observation X (suivant lequel le rayonnement synchrotron infrarouge est observé) est sensiblement dans le plan yz et fait l'angle Ili non nul
avec l'axe y.
Il existe un autre axe d'observation possible, symétrique du précédent par rapport au plan xy. On donne ci-après des précisions sur le
principe de la présente invention.
La raison pour laquelle le rayonnement synchrotron est intensifié dans la gamme infrarouge par une déviation égale à 2/y tient à la façon dont est tronquée, du fait de cette valeur particulière, l'impulsion de champ électrique émise par la particule
et telle que vue par l'observateur.
On a représenté cette impulsion I sur la figure 2 dans le cas général; elle est constituée d'un pic central positif très intense et de deux queues
négatives très longues.
Grâce à l'invention, l'observateur n'en
revoit qu'une partie, à savoir le pic central positif.
On sait que le spectre rayonné, c'est-à-
dire l'intensité du rayonnement en fonction de la longueur d'onde rayonnée, est obtenu en calculant la transformée de Fourier de cette impulsion. Dans le cas d'un aimant de courbure, l'impulsion munie de son pic central et des deux longues queues négatives produit une transformée de Fourier et donc un spectre qui tendent vers zéro aux grandes longueurs d'onde alors qu'en tronquant cette impulsion au moyen d'un aimant provoquant une déviation égale à 2/y on ne conserve que la partie centrale positive de l'impulsion dont la transformée de Fourier et donc le spectre ont alors une
intensité croissante avec la longueur d'onde.
La réduction du demi-angle au sommet du cône de rayonnement à une valeur de 1/y est une conséquence de ce phénomène et peut être mise en évidence par le calcul de la distribution angulaire du rayonnement synchrotron infrarouge émis dans un aimant
dipolaire provoquant une déviation égale à 2/y.
Des calculs et des simulations numériques montrent qu'un aimant dipolaire, engendrant une déviation 2/y de particules chargées ayant une vitesse proche de celle de la lumière, provoque l'émission d'un rayonnement synchrotron infrarouge qui a les propriétés
nouvelles mentionnées ci-après.
1/ Plus la longueur d'onde augmente, plus l'intensité rayonnée augmente, contrairement à ce qui se passe avec un aimant de courbure classique. En particulier, l'intensité tend vers un maximum quand la longueur d'onde observée tend vers l'infini, ce qui est hautement favorable au rayonnement infrarouge qui se situe justement dans la région des très grandes
longueurs d'onde.
2/ Le demi-angle au sommet du cône de rayonnement infrarouge est égal à 1/y contrairement à ce que l'on obtient avec un dispositif classique qui émet dans un cône dont le demi-angle au sommet vaut plusieurs fois 1/y. Il en résulte une brillance angulaire considérablement plus élevée que dans ce
dernier (typiquement 100 fois plus élevée).
3/ L'aimant dipolaire peut être très court, d'une longueur typiquement égale à quelques centimètres, ce qui en fait une source de rayonnement quasi-ponctuelle du point de vue de l'utilisateur, qualité hautement recherchée pour des raisons d'optique et de formation d'image au niveau d'une cible à irradier. Ce n'est pas le cas des aimants habituels dont la longueur typique est de 1 m ou plus, ce qui cause une dispersion importante lors de la formation
d'une image sur la cible.
5/ On peut donner à cet aimant de petites dimensions (typiquement 10 cm x 10 cm x 10 cm), ce qui le rend aisément manipulable. Cela en fait un objet technologiquement facile à prendre en compte dans de nouveaux projets et à introduire dans des accélérateurs de particules existants, contrairement aux gros aimants
habituellement utilisés.
6/ Cet aimant dipolaire peut être conçu avec des caractéristiques géométriques et magnétiques qui en font un objet à peu près cent fois moins volumineux et donc cent fois moins cher qu'un aimant classiquement utilisé pour la production de rayonnement synchrotron, ce qui facilite également sa prise en compte dans de nouveaux projets ou son introduction
dans des accélérateurs de particules existants.
7/ Avec de telles caractéristiques géométriques (longueur, largeur et hauteur de l'ordre de quelques centimètres) et de telles caractéristiques magnétiques (induction magnétique au centre de l'ordre de 0,1 T), ce type d'aimant est réalisable en matériau magnétique permanent, ce qui en fait un objet aisément
manipulable, modifiable et déplaçable.
8/ La direction d'émission naturelle du rayonnement, autour de laquelle est centré le cône de rayonnement de demi-angle au sommet 1/y, fait elle-même
un angle 1/y avec la direction initiale des particules.
Ceci facilite l'extraction du rayonnement synchrotron dans un accélérateur de particules car ce rayonnement tend alors à s'écarter du faisceau de particules en direction de la paroi du tube à vide de l'accélérateur,
paroi o sont disposées les fenêtres d'extraction.
9/ Etant donné que le demi-angle au sommet du cône de rayonnement est égal à i/y, valeur typiquement dix fois plus faible que dans le cas du rayonnement classiquement produit, la fenêtre d'extraction peut être plus petite. Il en est de même de tous les équipements qui suivent (par exemple miroirs, fenêtres diverses, monochromateurs). Toutes les dimensions transverses peuvent être réduites d'environ 90%, à cause du meilleur confinement angulaire, ce qui tend à diminuer le coût de ces
équipements dans les mêmes proportions.
Claims (11)
1. Procédé de production d'un rayonnement synchrotron, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on dévie un faisceau (10) de particules chargées relativistes, d'un angle égal à 2/y, y étant égal à E/E0 o E et E0 représentent respectivement l'énergie d'une particule du faisceau et l'énergie au repos de cette particule, ce qui permet d'obtenir un rayonnement synchrotron d'intensité maximale dans le domaine infrarouge, dans un cône dont le demi-angle au sommet
vaut sensiblement 1/y.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le faisceau de particules circule dans une structure munie de moyens réglables, aptes à corriger la trajectoire du faisceau, et l'on règle l'un de ces
moyens pour obtenir la déviation d'angle 2/y.
3. Dispositif de production d'un rayonnement synchrotron, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de déviation (8, 14) apte à dévier un faisceau (10) de particules chargées relativistes, d'un angle égal à 2/y, y étant égal à E/E, o E et E0 représentent respectivement l'énergie d'une particule du faisceau et l'énergie au repos de cette particule, ce qui permet d'obtenir un rayonnement synchrotron d'intensité maximale dans le domaine infrarouge, dans un cône dont le demi-angle au
sommet vaut sensiblement 1/y.
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le moyen de déviation (8, 14) est choisi parmi les aimants multipolaires et les cristaux, aptes
à dévier le faisceau de l'angle 2/y.
5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel le moyen de déviation est un aimant dipolaire (8) apte à dévier le faisceau de particules suivant une trajectoire plane, le produit de l'induction magnétique B au centre de l'entrefer de cet
aimant dipolaire par la longueur magnétique L de celui-
ci étant tel que B.L = 2(1+y22)1/2 m0.v.q-1 mo, v et q représentant respectivement la masse au repos, la vitesse et la charge électrique des particules et v: représentant l'angle formé par la direction d'observation du rayonnement synchrotron avec
le plan de la trajectoire.
6. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel le moyen de déviation est un aimant quadrupolaire (14) qui est destiné à être traversé par le faisceau de particules à une distance (r) de l'axe central (Y) de cet aimant quadrupolaire à laquelle l'induction magnétique a une valeur B, et qui est apte à dévier ce faisceau suivant une trajectoire plane, le produit de l'induction B par la longueur magnétique L de l'aimant quadrupolaire étant tel que B.L = 2(1+722):/ m:. v.q-' mO, v et q représentant respectivement la masse au repos, la vitesse et la charge électrique des particules et yil représentant l'angle formé par la direction d'observation du rayonnement synchrotron avec
le plan de la trajectoire.
7. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 5 et 6, dans lequel l'angle y est nul,
le rayonnement synchrotron étant alors observé dans le
plan de la trajectoire.
8. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 3 à 7, ce dispositif étant installé dans
une structure apte à faire circuler le faisceau de
particules suivant un circuit fermé.
9. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 3 à 7, ce dispositif étant installé dans
une structure apte à faire circuler le faisceau de
particules en ligne droite.
10. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 3 à 9, dans lequel les particules sont
des électrons.
11. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel les électrons ont une valeur de y très
supérieure à 1.
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|---|---|---|---|
| FR9802073A FR2775415B1 (fr) | 1998-02-20 | 1998-02-20 | Procede et dispositif de production de rayonnement synchrotron infrarouge |
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|---|---|---|---|
| FR9802073A FR2775415B1 (fr) | 1998-02-20 | 1998-02-20 | Procede et dispositif de production de rayonnement synchrotron infrarouge |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2775415A1 true FR2775415A1 (fr) | 1999-08-27 |
| FR2775415B1 FR2775415B1 (fr) | 2000-03-31 |
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ID=9523189
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9802073A Expired - Fee Related FR2775415B1 (fr) | 1998-02-20 | 1998-02-20 | Procede et dispositif de production de rayonnement synchrotron infrarouge |
Country Status (1)
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|---|---|
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-
1998
- 1998-02-20 FR FR9802073A patent/FR2775415B1/fr not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| BOSCH R A: "Long-wavelength radiation along a straight-section axis in an electron storage ring", NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH, SECTION A (ACCELERATORS, SPECTROMETERS, DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT), 21 FEB. 1997, ELSEVIER, NETHERLANDS, vol. 386, no. 2-3, ISSN 0168-9002, pages 525 - 530, XP004059001 * |
| MARCELLI A ET AL: "SINBAD: the new powerful infrared source from the DA Phi NE storage ring", ACCELERATOR-BASED INFRARED SOURCES AND APPLICATIONS, SAN DIEGO, CA, USA, 29-30 JULY 1997, vol. 3153, ISSN 0277-786X, Proceedings of the SPIE - The International Society for Optical Engineering, 1997, SPIE-Int. Soc. Opt. Eng, USA, pages 21 - 32, XP002083164 * |
Also Published As
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