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XFEL : une optique en diamant pour un laser superpuissant

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Le laser X superpuissant du projet international XFEL sera équipé d'un spectromètre aux qualités remarquables, mis au point par des scientifiques russes. XFEL permettra aux chercheurs de pénétrer plus profondément les secrets de la matière, d'étudier en temps réel les processus de formation et de destruction des molécules et d'enregistrer instantanément les transitions de phase dans la matière, qui se produisent sous l'influence d'un puissant rayonnement à impulsions.

Rayons laser. Crédits DR

XFEL est une construction d'environ trois kilomètres qui doit être réalisée en Allemagne. Le coût du projet est estimé à plus d'un milliard d'euros, et 14 pays doivent y participer. La Russie sera le deuxième contributeur, derrière l'Allemagne, pour les sommes octroyées à la réalisation de ce projet, de 2009 à 2016.

"Le premier prisme expérimental est un élément important pour la décomposition dans le spectre du rayonnement incident. Il a été réalisé à partir d'un diamant naturel de Yakoutie. Nous avons montré que dans la gamme X, on pouvait également obtenir un spectre à l'aide de prismes, comme on le fait dans la gamme optique", explique le directeur de ces travaux, le docteur en sciences physiques et mathématiques Alexandre Tiourianski.

"La brillance du futur laser X sera supérieure d'une dizaine de milliers de fois aux sources existantes de rayonnement X. La durée de l'impulsion X y sera d'environ 100 femtosecondes, un laps de temps pendant lequel la lumière parcourra une trentaine de microns. La puissance record de ce laser nécessitera, cependant, que soient créés de nouveaux instruments scientifiques pour l'utiliser. Par exemple, un monochromateur au germanium, placé sur le chemin du flux direct, s'évapore quasi instantanément. C'est ce qui risquera de se produire avec les échantillons étudiés. C'est la raison pour laquelle on a besoin de nouvelles méthodes de mesure, garantissant que l'on obtiendra bien l'information sur l'impulsion unique, avant la disparition de l'objet. C'est pour résoudre ce problème que les chercheurs ont élaboré un spectromètre X sur la base d'une optique en diamant à prismes, capable de supporter les énormes charges radiatives d'une impulsion X superpuissante."

Le diamant est apparu comme le matériau le plus prometteur pour réaliser ce prisme. Toutefois, pour fabriquer un spectromètre, il faut de gros diamants, d'un poids de plusieurs carats, car la surface de réfraction fait plus d'un centimètre. Pour diminuer le coût de l'équipement, les chercheurs du FIAN ont choisi d'élaborer un prisme en mosaïque, fait de plusieurs blocs, ce qui a permis d'utiliser des diamants de moindre taille et donc de réduire les coûts. Ce prisme en mosaïque est en cours de fabrication. Il sera ensuite testé en Allemagne, sur une source de rayonnement d'un synchrotron, afin de démontrer que les calculs sont justes et que ses concepteurs sont effectivement proches des paramètres attendus. Et pour réaliser ces mesures d'impulsions uniques, les chercheurs du FIAN sont en train de concevoir, avec leurs collègues de plusieurs organisations de Zelenograd (dans la région de Moscou), un détecteur sensible de coordonnées exceptionnel, reposant sur l'arséniure de gallium.

Par Nicolas Quenez

BE Russie numéro 22 (16/07/2009) - Ambassade de France en Russie / ADIT - www.bulletins-electroniques.com/actualites/59967.htm

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