Source de lumière synchrotron

Le principal facteur de mérite utilisé pour comparer différentes sources de rayonnement synchrotron a été appelé « luminosité », « brillance » et « luminosité spectrale », ce dernier terme étant recommandé comme le meilleur choix par le Groupe de travail sur la nomenclature synchrotron^[2]. Quel que soit le nom choisi, le terme est une mesure du flux total de photons dans un espace des phases à six dimensions par unité de bande passante (BW)^[3].

La luminosité spectrale est donnée par :

${\displaystyle B={\frac {{\dot {N}}_{\text{ph}}}{4\pi ^{2}\sigma _{x}\sigma _{y}\sigma _{x'}\sigma _{y'}{\frac {d\omega }{\omega }}}},}$

où ${\displaystyle {\dot {N}}_{\text{ph}}}$ est le nombre de photons par seconde dans le faisceau, ${\displaystyle \sigma _{x}}$ et ${\displaystyle \sigma _{y}}$ sont les valeurs RMS de la taille du faisceau selon les axes perpendiculaires à la direction du faisceau, ${\displaystyle \sigma _{x'}}$ et ${\displaystyle \sigma _{y'}}$ sont les valeurs RMS de l'angle solide du faisceau dans les directions x et y, et ${\textstyle {\frac {d\omega }{\omega }}}$ est la bande passante relative, ou l'étalement de la fréquence du faisceau autour de la fréquence centrale^[4]. La valeur habituelle de la bande passante relative est 0,1 %^[2].

L'unité de la luminosité spectrale est : unité de temps⁻¹⋅distance⁻²⋅angle⁻²⋅(% de bande passante)⁻¹.

En particulier lorsqu’il est produit artificiellement, le rayonnement synchrotron se distingue par :

• sa brillance élevée, plusieurs ordres de grandeur de plus qu’avec les rayons X produits dans les tubes à rayons X conventionnels : les sources de 3^e génération ont généralement une brillance supérieure à 10¹⁸ photons·s⁻¹·mm⁻²·mrad⁻²/(0,1 % BW), où 0,1 % BW correspond à une bande passante relative de 10⁻³ω centrée autour de la fréquence ω.
• son haut niveau de polarisation (linéaire, elliptique ou circulaire).
• sa collimation élevée, c’est-à-dire la faible divergence angulaire du faisceau.
• sa faible émittance, c’est-à-dire que le produit de la section efficace de la source et de l’angle d’émission solide est faible.
• sa large accordabilité en énergie/longueur d’onde par monochromatisation (du sous-électronvolt jusqu’à la gamme du mégaélectronvolt).
• son émission de lumière pulsée (durée des impulsions égale ou inférieure à une nanoseconde, ou un milliardième de seconde).

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