La source avancée de photons (APS) du Laboratoire national d'Argonne est une installation essentielle pour la recherche scientifique, fournissant une puissante source de lumière à rayons X pour étudier les matériaux en détail. En offrant un examen plus approfondi des processus internes, tels que ceux des batteries, APS contribue aux progrès technologiques. Grâce à sa mise à niveau significative, l'APS augmentera sa luminosité et sa capacité de recherche, continuant ainsi à contribuer à la santé, à la sécurité et au progrès scientifique à l'échelle mondiale. Crédit : Issues.fr.com
Qu'est-ce qu'une source de lumière à rayons X ?
Pour développer des traitements contre les maladies infectieuses mortelles, nous devons comprendre les organismes qui les provoquent. Pour concevoir la prochaine génération de voitures électriques, nous devons créer des batteries meilleures et plus durables pour les alimenter. Pour construire des moteurs d’avion plus efficaces et plus sûrs, nous avons besoin de matériaux plus solides et plus durables qui ne se fissureront pas sous l’effet des contraintes.
Dans cette vidéo Science 101 : Qu'est-ce que la lumière à rayons X, les scientifiques Jessica McChesney et Gilberto Fabbris expliquent ce qu'est la lumière à rayons X et comment ils l'utilisent à la source de photons avancée (APS) d'Argonne. La lumière des rayons X est une lumière à haute énergie qui existe sur le spectre électromagnétique. Ce spectre comprend la gamme de toutes les ondes électromagnétiques, des ondes les plus longues avec la plus faible énergie (radio AM), à celles du milieu (lumière visible), jusqu'aux ondes les plus courtes avec la plus haute énergie (rayons gamma). L'APS d'Argonne utilise des rayons X, qui se situent à l'extrémité du spectre ayant des longueurs d'onde plus courtes. Les longueurs d'onde plus courtes permettent aux rayons X de traverser de nombreuses substances, ce qui permet à des scientifiques comme Jessica et Gilberto d'examiner en profondeur les objets et de découvrir de nouvelles connaissances sur la structure et la fonction des matériaux. L'APS est l'une des sources de lumière à rayons X les plus puissantes au monde, et plus de 5 500 scientifiques du monde entier utilisent chaque année cette immense installation de recherche pour tester de nouveaux matériaux, construire de meilleures batteries et trouver des solutions aux plus gros problèmes auxquels nous sommes confrontés. humanité.
Pour faire toutes ces choses, et bien plus encore, une puissante source de lumière à rayons X est nécessaire. Les rayons X sont de la lumière, mais ils ne constituent pas la lumière visible à laquelle on pense généralement lorsque l’on entend ce mot. Vous connaissez peut-être les appareils à rayons X que les dentistes utilisent pour prendre des photos de l’intérieur des dents. Une source de lumière telle que l'Advanced Photon Source (APS), une installation utilisateur du Bureau de la science du Département américain de l'énergie (DOE) située au Laboratoire national d'Argonne du DOE, génère une lumière à rayons X similaire, mais un milliard de fois plus lumineuse.
Que peut-on faire avec une lumière aussi brillante ? L’APS fonctionne comme un microscope géant, mais contrairement à la lumière visible, les rayons X pénètrent, permettant aux scientifiques de voir en profondeur les matériaux. Les faisceaux de rayons X peuvent être focalisés si étroitement que les scientifiques peuvent les utiliser pour « voir » ce qui se passe à l'intérieur d'une batterie pendant son utilisation, par exemple, afin de développer des versions plus économes en énergie.
L’APS et d’autres sources lumineuses dans le monde améliorent nos vies depuis des décennies. La technologie qui les alimente – l’accélération des particules – existe depuis les années 1920.
Le spectre électromagnétique représente la gamme de tous les types de rayonnements EM – l’énergie qui se propage et se propage au fur et à mesure. Le soleil est beaucoup plus chaud que la Terre, il émet donc un rayonnement à un niveau d'énergie plus élevé, qui a une longueur d'onde plus courte. Crédit : NASA
Au cœur de l’APS se trouve un anneau de stockage d’environ deux tiers de mille à la ronde. Il est si grand qu’on pourrait y installer un stade de baseball. Son rôle est de faire circuler des particules appelées électrons avec une grande précision et à une vitesse constante très proche de la vitesse de la lumière. Les électrons voyagent autour de cet anneau plusieurs milliards de fois par jour, libérant une lumière vive à chaque virage de la piste. L’APS envoie cette lumière aux stations d’expérimentation situées tout autour de l’anneau, où sont réalisés différents types d’expériences scientifiques.
L'APS est une installation utilisateur nationale, ce qui signifie que cette ressource est mise à la disposition des scientifiques du monde entier. Les scientifiques peuvent l'utiliser gratuitement, à condition que leurs données soient rendues publiques. Plus de 5 500 scientifiques du monde entier utilisent l’APS chaque année pour étudier une grande variété de sujets, depuis les nouvelles façons de lutter contre les gaz à effet de serre jusqu’aux nouvelles méthodes de fortification de nos routes et ponts.
L'APS est une source de lumière à rayons X de premier plan au monde depuis sa construction dans les années 1990, et son avenir est sur le point de devenir beaucoup plus prometteur. Une mise à niveau massive consiste à remplacer l'anneau de stockage actuel par un autre qui générera des rayons X jusqu'à 500 fois plus brillants que ceux produits aujourd'hui, permettant ainsi davantage d'expériences et d'innovations qui amélioreront nos vies. Avec d'autres sources de lumière dans le monde, l'APS continuera de permettre aux scientifiques de nous maintenir en meilleure santé, de nous protéger et d'améliorer notre connaissance du monde qui nous entoure.
Crédit : Laboratoire National d'Argonne
Comment fonctionne une source de lumière à rayons X ?
La source de photons avancée crée des faisceaux de rayons X ultra-lumineux pour éclairer la voie vers de nouvelles découvertes.
Une source de lumière puissante telle que l’Advanced Photon Source (APS) est similaire aux appareils à rayons X utilisés par les dentistes, sauf que la lumière qu’elle crée est un milliard de fois plus brillante.
- Le cœur de l’APS est constitué d’une série de machines appelées accélérateurs qui utilisent des aimants pour déplacer de minuscules particules appelées électrons. Les électrons sont regroupés et envoyés en ligne droite vers un accélérateur linéaire.
- L’anneau accumulateur de particules regroupe les paquets plus près les uns des autres.
- L'anneau de rappel les fait circuler à mesure qu'ils accumulent de la vitesse et de l'énergie.
- Les particules sont ensuite injectées dans l'anneau de stockage. Les électrons parcourent cet anneau des milliards de fois par jour. A chaque virage du rail, ils dégagent de la lumière sous forme de photon particules.
- Ces photons sont la lumière des rayons X envoyée aux stations scientifiques tout autour de l’anneau. Les scientifiques utilisent cette lumière très brillante pour voir au plus profond des matériaux.
