Le projet


ThomX est un projet de source de lumière compacte où l’effet Compton est utilisé pour produire des rayons X. Pour obtenir les collisions entre un faisceau d’électrons et des impulsions lumineuses, un accélérateur circulaire et un laser de haute puissance, amplifié dans une cavité optique, sont intégrés dans une seule machine. Lors de la collision entre électrons et photons, ces derniers sont diffusés dans la direction des électrons avec un important gain d’énergie – car ils sont beaucoup plus légers. Ainsi, à partir de photons de quelques eV il est possible d’obtenir des rayons X « durs » (quelques dizaines de keV) avec un accélérateur dont l’énergie (50 MeV), les dimensions (70 m2) et le coût restent modestes. Les applications potentielles de ce type de machine sont très nombreuses. Grâce à la collaboration entre différents laboratoires et industriels français il sera possible de partager l’excellence technologique qui permettra à ThomX d’être l’une des machines à effet Compton les plus performantes au monde.
Le projet ThomX est né du développement des technologies des cavités optiques amplificatrices au LAL. Grâce à l’utilisation d’un laser de haute puissance moyenne, ces avancées rendent possible l’accumulation dans les cavités d’impulsions de lumière contenant un grand nombre de photons : ~ 1017-1018. Ces paquets intenses de quanta de lumière entrent en collision avec des paquets de dix milliards d’électrons chacun, stockés dans un accélérateur circulaire. En raison de la haute fréquence de répétition des collisions (20 MHz) il est possible d’obtenir un important flux moyen de photons rétrodiffusés. Ces derniers acquièrent une partie de l’énergie de l’électron par effet Compton – le gain d’énergie pour les photons est considérable. En effet, de par sa nature « cinétique », l’effet Compton est l’« amplificateur d’énergie » de photons le plus efficace : avec un faisceau d’électrons de seulement 50 MeV, il est possible d’augmenter l’énergie d’un photon laser d’un eV à quelques dizaines de keV (région des rayons X durs). En pratique, les fréquences typiques des grands anneaux de lumière de synchrotron de quelque dizaines de keV peuvent être atteintes avec une machine beaucoup plus compacte et à un coût bien inférieur.
Dans tous les cas, les machines synchrotron et les anneaux Compton restent complémentaires, puisque les synchrotrons permettent d’obtenir des flux et des caractéristiques de divergence et de monochromaticité impossibles à atteindre dans les machines Compton. Cependant, pour toutes les techniques et applications scientifiques dans lesquelles le flux n’est pas le paramètre fondamental, des machines telles que ThomX peuvent représenter une opportunité extraordinaire. C’est le cas des sciences médicales ou de la vie, de l’étude des matériaux et de la conservation des oeuvres d’arts où la possibilité d’intégrer une machine de recherche telle que ThomX dans un hôpital ou un musée (grâce à sa nature compacte et à son coût réduit) est une occasion formidable pour les utilisateurs.
Actuellement, le design de ThomX présente différents aspects novateurs et intéressants : par exemple, c’est la seule machine de ce type à pouvoir accueillir deux zones d’interaction et donc deux lignes de lumière pour les utilisateurs. Le design de la cavité optique et de son système d’asservissement ont également fait l’objet d’un brevet. Mais l’étape la plus importante du projet a été la soumission, fin 2010, d’un dossier de financement dans le cadre du programme EQUIPEX. ThomX a été sélectionné parmi les premiers projets et donc la totalité du financement a été obtenue. La phase de réalisation du prototype commencera sous peu.