Les noyaux en 1993 : une nouvelle façon d'exister - Cenbg - IN2P3

B. InstrumentationUne expérience générique de rayons X comprend une source de rayonnement, une optique pourconditionner le faisceau X - en spectre ou en géométrie, un échantillon (dans un environnementdonné) positionné à 1' aide d' un goniomètre et la détection des "produits" de 1' interaction X-matière.L' optimisation de chaque exphience spécifique requière donc un ajustement de qualité comparablepour le "tryptique" source-optique-détection ; 1' ESRF n' échappe pas à cette règle.1. La sourceI.'I Le ravonnement svnchroîro~On examinera ici bri6vement le cas d' une orbite circulaire et d' une orbite périodique.Emission d' un électron tournant à vitesse constante sur une orbite circulaireUne particule chargée électriquement et soumis à une accélération émet un rayonnementélectromagnétique (dipolaire); c' est le cas du "brehmstrahlung" (freinage par un champ électrique) oudu rayonnement synchrotron, noté "RS" (accélération centripète d un champ magnétique). Onutilisera ici plus précisément le terme "RS" pour 1' émission vers 1' avant par des particulesrelativistes, et son observation à gmnde distance.La trajectoire de 1' électrons et le point d' observation sont représentés sur la fig.1. qui donne aussiles notations utilisée dans le texte. Celle-ci est quasi-circulaire (sur la portion utile) dans le repère dulaboratoire et présente un point de rebroussement dans le repère mobile qui se déplace à la vitesseinstantanée de 1' électron ; d' où une accélération forte et une émission à peu près isotrope dans lerepère mobile. En revenant au repère du laboratoire, un photon émis sous 1' effet de cette accélérationapparaîtra avec un angle l/y par rapport à 1' axe z : 1' émission synchrotron est géométriquement trèsfocalisée, à 1' intérieur d' un cône d'angle au sommet = Ily.Lafréquence du rayonnement est accrue par effet Doppler relativiste ; on peut 1' estimer comme 1'inverse de 1' impulsion temporelle rgue par un obsewateur : celui-ci verra la particule entre 2 instantscorrespondants aux pitions A et B dont la tangente fait un angle l/y avec la direction d' observation(fig. 2a.b) :- ~C i' W C 3cy5Enfin, 1' accélération étant selon une direction (axe x), la polarisation sera surtout linéaire, avec lacomposante champ électrique dans le plan de 1' orbite.Le calcul complet du rayonnement synchrotron est long, et nous en donnerons seulement un aperçu(cf réf. 1 pour les calculs détaillés). Les potentiels V, A à 1' instant d' observation t sont causés pardes densités de charge et courant aux temps d' émission antérieurs t' = t - n.r (t') /C ; ce processusreprésente une sphère mince convergent vers P à la vitesse c ; les charges en déplacement vers le pointd' observation P étant comptées plus longtemps, contribuent davantage aux potentiels.-dt 1-1 21Le résultat fait intervenir le channement d'échelle de temps relativiste :x(t')=-=l-n(t')-fl(t')=l-@~os8=-(~+6dt'2 vLes potentiels sont "retardés" i.e. doivent être évalués au temps t' de 1' électron :