Alors que les tubes à rayons X sont des sources largement répandues et abordables pour la radiographie, les synchrotrons ont ouvert la voie à de nouvelles techniques d’imagerie haute résolution tirant parti de la plus grande luminosité des faisceaux, au prix toutefois d’une taille nettement plus importante.
Électrons accélérés par laser pour la génération de rayons X
Depuis plusieurs décennies, les lasers intenses offrent la capacité unique d’accélérer des électrons à partir de cibles solides ou gazeuses, à des énergies allant du MeV au GeV, dans une configuration très compacte, avec des durées d’impulsion courtes et des tailles de spot réduites. Ces électrons peuvent ensuite être convertis en rayonnement X de haute luminosité par divers processus : rayonnement de freinage, émission K-alpha, betatron, diffusion Compton inverse (ICS) ou laser à électrons libres (FEL).
Le rayonnement de freinage implique une cible solide qui convertit l’énergie de l’électron sur un large spectre, tandis que le matériau présente des raies à bande étroite spécifiques au matériau utilisé, correspondant aux transitions K-alpha et K-beta. La taille du spot de la source correspond à la taille du spot laser, tandis que l’émission est large.
Le processus du laser à électrons libres (FEL) consiste à utiliser un onduleur magnétique avec une période de cm pour faire osciller les électrons relativistes, produisant une émission de rayons X directive dans la gamme des rayons X mous à durs, en fonction de l’énergie des électrons.
Le processus de diffusion Compton inverse (ICS) implique une impulsion laser intense à contre-propagation agissant comme un onduleur optique pour faire osciller les électrons relativistes à l’échelle du µm, produisant une émission directive de rayons X dans la gamme des rayons X durs à gamma, en fonction de l’énergie des électrons. La luminosité du faisceau de rayons X dépend de la charge et de l’émittance du faisceau d’électrons. Le laser d’interaction peut être couplé à un accélérateur RF classique ou à un accélérateur laser plasma compact.
L’émission bêtatron consiste à exploiter un processus d’auto-oscillation se produisant dans l’accélérateur à sillage laser et produit une émission de rayons X directive dans la gamme des rayons X durs, une durée d’impulsion ultra-courte et une petite taille de spot, avec un spectre à large bande ayant une forme caractéristique de type synchrotron.
Expertise d’Amplitude
Amplitude possède 20 ans d’expérience dans la fourniture de lasers ultra-rapides intenses pour la génération de rayons X. Son travail de pionnier a débuté avec la technologie TiSa, grâce à sa capacité à atteindre une puissance de crête record et à sa flexibilité.
Plus récemment, elle a été suivie par les sources MIR OPCPA, ouvrant la voie à des mécanismes inexplorés. Actuellement, plusieurs sources de rayons X sont en cours de développement à l’aide de lasers Ytterbium compacts à puissance moyenne élevée, dans le but de fournir des sources de rayons X à haut flux et haute luminosité pour des applications industrielles ou médicales.
