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SwissFEL – la machine
Au SwissFEL, des électrons seront accélérés à des vitesses proche de la vitesse de la lumière et ensuite envoyés sur une trajectoire en courbe – de sorte qu’ils génèrent des rayons X. Ainsi le SwissFEL consiste en une source à électron qui génère le faisceau électronique, un accélérateur et un onduleur, dans lequel les électrons seront maintenus sur une piste sinueuse. A la fin se trouvent les chambres de mesure sur lesquelles la lumière produite pour les expériences sera exploitée.
Le laser à rayons X produira de très courts éclairs de rayons X ayant les propriétés du Laser. Ces flash seront émis à partir d’électrons très rapides, qui par le biais de forts aimants seront maintenus sur une piste sinueuse. En principe, des petites charges électrique maintenus sur une trajectoire sinueuse produisent du rayonnement électromagnétique à chaque courbe. Selon les caractéristiques de la machine il peut s’agir d’ondes radio, de lumière visible ou de rayons X.
En conséquence le SwissFEL se composera de trois parties essentielles :
- Une source d’électrons, dans laquelle le paquet d’électrons sera produit.
- Un accélérateur qui amène les électrons au niveau d’énergie nécessaire.
- Un onduleur dans lequel les électrons seront maintenus sur une piste sinueuse par le biais de forts aimants de sorte que des impulsions de rayons X sont produites.
Puis viennent ensuite les composants optiques, dans lesquels les rayons X seront filtrés et focalisés, et les postes de mesure où les mesures sont effectuées.
L’installation totale du SwissFEL aura une longueur d’environ 740 mètres. Avec cela 550 mètres pour la source à électrons et l’accélérateur, 100 mètres pour l’onduleur et les 90 mètres restant pour l’optique de rayons X et pour les sites de mesure proprement dits.
Le principe par lequel SwissFEL produit des rayons X réside dans le fait que non seulement le faisceau électronique émet de la lumière à chaque courbe, mais cette dernière influence en retour le faisceau électronique. Par cette interaction le faible faisceau du début de l’onduleur sera énormément amplifié – Les spécialistes parlent d’une « amplification en avalanche ». Le terme technique anglais pour ce processus est « self-amplified spontaneous emission » – « SASE ».
On appelle les installations dans lesquelles la lumière laser est produite par le processus SASE des laser à électrons libres (FEL, Free Electron Laser pour l’acronyme anglais) parce que les électrons se déplacent librement et non à l’intérieur d’un matériau comme dans les laser usuels. Plus exactement le SwissFEL rentre dans la catégorie des XFEL parce qu’il produit des rayons X – de l’anglais X-Rays.