Ligne de faisceaux

Ligne de faisceaux dans un accélérateur de particules

Dans les accélérateurs de particules, la ligne de faisceaux est généralement logée dans un tunnel et/ou sous terre, à l'intérieur d'un boîtier en ciment. La ligne de faisceaux est généralement en métal cylindrique. Les noms typiques comprennent un tube de faisceau et/ou une section vierge appelée tube de dérivation. Toute cette section doit être sous un bon vide afin que le faisceau puisse se déplacer sur une longue distance.

Une équipe d'arpentage et d'alignement aligne soigneusement les segments de la ligne de faisceaux à l'aide d'un laser de poursuite. Toutes les lignes de faisceaux doivent se situer dans une tolérance de l'ordre du micromètre. Un bon alignement permet d'éviter la perte de faisceau et la collision du faisceau avec les parois des tuyaux, ce qui crée des émissions et/ou des radiations secondaires.

Il est impossible de voir le tuyau de faisceau sur cette ligne de faisceau. Cependant, la section du grand tube de faisceau est utilisée avec un système de grille pour l'alignement avec un laser, connu sous le nom de tube laser. Cette ligne de faisceau particulière est d'environ 3 kilomètres de long.

Ligne de faisceaux de rayonnement synchrotron

En ce qui concerne les synchrotrons, une ligne de faisceaux est l'instrumentation qui transporte les faisceaux de rayonnement synchrotron vers une station terminale expérimentale, qui utilise le rayonnement produit par les aimants de flexion et les dispositifs d'insertion dans l'anneau de stockage d'une source de lumière synchrotron. Une application typique de ce type de ligne de faisceaux est la cristallographie. Les scientifiques utilisent également le rayonnement synchrotron de nombreuses autres manières.

Un grand laboratoire synchrotron disposera de nombreuses lignes de faisceaux, chacune optimisée pour un domaine de recherche particulier. Les différences dépendront du type de dispositif d'insertion (qui, à son tour, détermine l'intensité et la distribution spectrale du rayonnement), de l'équipement de conditionnement du faisceau et de la station terminale expérimentale. Une ligne de faisceaux typique d'un synchrotron moderne aura une longueur de 25 à 100 m entre l'anneau de stockage et la station terminale, et peut coûter jusqu'à plusieurs millions de dollars américains. C'est pourquoi une installation synchrotron est souvent construite par étapes, les premières lignes de faisceaux étant mises en service au début de l'exploitation, et d'autres lignes de faisceaux étant ajoutées plus tard lorsque le financement le permet.

Les éléments de la ligne de faisceaux se trouvent dans des enceintes de protection contre les radiations, appelées cabanes, qui ont la taille d'une petite pièce (cabine). Une ligne de faisceaux typique se compose de deux clapiers, un clapier optique pour les éléments de conditionnement du faisceau et un clapier expérimental, qui abrite l'expérience. Entre les clapiers, le faisceau se déplace dans un tube de transport. Les personnes ne sont pas autorisées à entrer dans les clapiers lorsque l'obturateur du faisceau est ouvert et que le rayonnement peut entrer dans le clapier. Les clapiers sont dotés de systèmes de sécurité complexes avec des fonctions de verrouillage redondantes pour s'assurer que personne ne se trouve à l'intérieur du clapier lorsque le rayonnement est activé. Le système de sécurité arrête également le faisceau de rayonnement si la porte du clapier est accidentellement ouverte lorsque le faisceau est allumé. Dans ce cas, le faisceau est éteint en déchargeant le faisceau d'électrons circulant dans le synchrotron. Ainsi, l'ouverture d'une porte entraînera l'arrêt de toutes les lignes de faisceaux de l'installation.

Les expérimentateurs utilisent les éléments suivants qui sont utilisés dans les lignes de faisceaux pour conditionner le faisceau de rayonnement entre l'anneau de stockage et la station terminale :

• Fenêtres - fines feuilles de métal, souvent en béryllium, qui transmettent la quasi-totalité du faisceau, mais protègent le vide à l'intérieur de l'anneau de stockage contre la contamination
• Fentes - qui contrôlent la largeur physique du faisceau et son étendue angulaire
• Miroirs de focalisation - un ou plusieurs miroirs, qui peuvent être plats, courbés ou toroïdaux, ce qui permet de collimater (focaliser) le faisceau
• Monochromateurs - dispositifs basés sur la diffraction par des cristaux qui sélectionnent des bandes de longueur d'onde particulières et absorbent d'autres longueurs d'onde, et qui sont parfois accordables à des longueurs d'onde variables, et parfois fixés à une longueur d'onde particulière
• Tubes d'espacement - tubes qui maintiennent le vide et assurent l'espacement approprié entre les éléments optiques, et protègent contre tout rayonnement diffusé
• Étapes de l'échantillon - pour monter et manipuler l'échantillon étudié et le soumettre à diverses conditions externes, telles que des variations de température, de pression, etc.
• Détecteurs de rayonnement - pour mesurer le rayonnement qui a interagi avec l'échantillon

La combinaison des dispositifs de conditionnement du faisceau contrôle la charge thermique (chauffage causé par le faisceau) à la station terminale ; le spectre du rayonnement incident à la station terminale ; et la focalisation ou la collimation du faisceau. Les dispositifs situés le long de la ligne de faisceaux qui absorbent une puissance importante du faisceau peuvent devoir être refroidis activement par de l'eau ou de l'azote liquide. La longueur totale d'une ligne de faisceaux est normalement maintenue dans des conditions de vide poussé.

Le fonctionnement exposé d'une ligne de faisceaux de rayons X mous et d'une station terminale au synchrotron australien


A l'intérieur de la cage de la ligne de faisceaux optiques de diagnostic (ODB) du synchrotron australien ; la ligne de faisceaux se termine par la petite ouverture dans la paroi arrière

Ligne de faisceaux de neutrons

Une station terminale expérimentale dans une installation à neutrons est appelée ligne de faisceaux de neutrons. En surface, les lignes de faisceaux de neutrons diffèrent des lignes de faisceaux de rayonnement synchrotron, principalement par le fait qu'elles utilisent des neutrons provenant d'un réacteur de recherche ou d'une source de spallation au lieu de photons. Les expériences mesurent généralement la diffusion des neutrons de l'échantillon étudié.

Pages connexes

• La physique des accélérateurs
• Cyclotron
• Faisceau d'ions
• Catégorie:Installations à neutrons
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