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La Source de Lumière Suisse SLS
La lumière synchrotron: elle est émise par des électrons défléchis
Dans la SLS, la lumière synchrotron est émise par des électrons qui se meuvent quasiment à la vitesse de la lumière sur une trajectoire de 288 mètres de circonférences. La lumière synchrotron est rayonnée tangentiellement à la trajectoire des électrons, c'est-à-dire dans la même direction que les étincelles s'échappant d'une pierre à aiguiser ou que le marteau d'un lanceur de marteau.
Le fait que toutes particules portant une charge électrique émettent de la lumière lorsqu'elles se meuvent sur une trajectoire curviligne permet de générer le rayonnement synchrotron. Des aimants de déflexion génèrent un champ magnétique qui dévie ces particules chargées et rapides et les maintiennent sur la bonne trajectoire.
Plusieurs accélérateurs portent les électrons à une vitesse élevée
Plusieurs étages d'accélérateurs portent progressivement les électrons à grande vitesse. Au tout début du parcours d'accélération se trouve un accélérateur linéaire dans lequel sont générés et accélérés les électrons de façon à pouvoir être
injectés dans le synchrotron de la SLS. Là, ils sont accélérés jusqu'à ce qu'ils atteignent leur vitesse finale, qui est très proche de celle de la lumière, avant d'être introduits dans un anneau de stockage extérieur où les électrons ne sont plus accélérés, mais maintenus à une vitesse constante. Ils génèrent alors la lumière synchrotron. Cette structure comprenant un anneau d'accélération intérieur et un anneau de stockage extérieur rend possible l'utilisation de la méthode
top-up.
La technique top-up: un faisceau avec une intensité qui reste constante pendant plusieurs heures
Une particularité de la SLS est l'utilisation de la technique
top-up, qui garantit la quasi constance de l'intensité du faisceau d'électrons dans l'anneau de stockage et donc celle de la lumière synchrotron. Dans la plupart des sources de lumière synchrotron, le faisceau d'électrons est introduit en une seule fois dans l'anneau de stockage où il
tourne pendant huit heures environ. Cela est particulièrement gênant pour beaucoup d'expérimentateurs car ils doivent
monter leur expérience au début du temps de radiation et ne peuvent commencer leurs mesures que lorsque le faisceau a déjà perdu de son intensité.
Ce problème est résolu par la technique top-up utilisée sur la SLS, dans laquelle de nouveaux électrons sont introduits environ toutes les quatre à cinq minutes pour remplacer ceux qui ont disparu, permettant ainsi de maintenir l'intensité du faisceau à un niveau constant. La condition pour ce faire est que le pré-accélérateur à partir duquel les électrons sont introduits dans l'anneau de stockage puisse déjà accélérer les particules à la vitesse qu'elles doivent avoir dans l'anneau de stockage.
SLS: l'accélérateur utilisant le faisceau d'électrons le plus fin
Ce ne sont pas les seuls aimants de déflexion qui permettent au faisceau d'électrons de rester sur sa trajectoire dans la SLS. Il y a aussi, en tout, quelques 350 aimants et cavités accélératrices qui sont chargés d'accélérer et de concentrer sans cesse le faisceau qui, sur son parcours, perd constamment de l'énergie et en concentration. Depuis 2008, la SLS est l'accélérateur utilisant le faisceau d'électrons le plus fin du monde: chercheurs et techniciens du PSI ont travaillé pendant huit ans pour parvenir à ce résultat, reprenant sans cesse le réglage des nombreux aimants. Ce succès ne profite pas seulement aux utilisateurs de la SLS, il apporte aussi une importante contribution à l'amélioration de la technologie des accélérateurs.
Source de lumière de 3e génération: générer une lumière synchrotron adaptée à différents besoins
Si l'on y regarde bien, on constate que la trajectoire des électrons dans la SLS n'a pas la forme exacte d'un cercle, car, les portions de trajectoire entre les aimants de déflexion sont rectilignes. Celles-ci peuvent aussi être utilisées pour la production de lumière synchrotron en y incorporant ce que l'on nomme des
wigglers (onduleurs) qui sont des dispositifs regroupant un grand nombre d'aimants permanents stabilisant les électrons sur une trajectoire ondulatoire. Avec ces appareils appelés
insertion devices, il est possible de générer une lumière synchrotron adaptée aux besoins de chaque expérience, comme par exemple une lumière de très haute énergie présentant un sens de polarisation particulier. L'utilisation de
wigglers fait de la SLS une source de lumière synchrotron dites de 3e génération.