A new high quality X-ray source for Cultural Heritage

Philippe Walter; Alessandro Variola; Fabian Zomer; Marie Jaquet; Alexandre Loulergue

doi:10.1016/j.crhy.2009.09.001

A new high quality X-ray source for Cultural Heritage
[Une nouvelle source de rayons X de haute qualité]

Philippe Walter ¹ ; Alessandro Variola ² ; Fabian Zomer ² ; Marie Jaquet ² ; Alexandre Loulergue ³

¹ Centre de recherche et de restauration des musées de France, CNRS-UMR 171, Palais du Louvre, 14, quai François-Mitterrand, 75001 Paris, France
² Laboratoire de l'accélérateur linéaire – LAL, Université Paris-Sud 11, CNRS-UMR 8607, bâtiment 200, 91898 Orsay cedex, France
³ Synchrotron SOLEIL, L'Orme des Merisiers Saint-Aubin, BP 48, 91192 Gif-sur-Yvette cedex, France

Comptes Rendus. Physique, Volume 10 (2009) no. 7, pp. 676-690.

Résumé
Abstract

Les sources de photons par effet Compton inverse apparaissent aujourd'hui particulièrement prometteuse étant données les avancées technologiques dans le domaine des lasers et des accélérateurs. Il est désormais possible d'envisager leur utilisation en tant que source ultra-compacte de radiations. Elles peuvent fournir des pulses de rayons X très courts avec un flux moyen important. De plus, la relation directe entre l'énergie des rayons X produits dans l'axe de la collision photon–électron permet d'obtenir des faisceaux quasi-monochromatiques avec un simple collimateur. Les projets de telles sources permettent d'envisager des flux de $10^{12} – 10^{13}$ photons/s avec un angle de divergence de quelques milli-radians, une énergie de quelques dizaines de keV et une largeur de bande $Δ E / E \sim 1 – 10 %$ . Si de tels dispositifs ne peuvent pas être considérées comme en compétition avec les installations de rayonnement synchrotron, leur relativement faible coût et leur compacité en font des dispositifs attractifs pour de nombreuses applications. Nous étudions ici leur intérêt dans le domaine de l'étude des matériaux du patrimoine.

Compton based photon sources have generated much interest since the rapid advance in laser and accelerator technologies has allowed envisaging their utilisation for ultra-compact radiation sources. These should provide X-ray short pulses with a relatively high average flux. Moreover, the univocal dependence between the scattered photon energy and its angle gives the possibility of obtaining a quasi-monochromatic beam with a simple diaphragm system. For the most ambitious projects the expected performance takes into account a rate of $10^{12} – 10^{13}$ photons/s, with an angular divergence of few mrad, an X-ray energy cut-off of few tens of keV and a bandwidth $Δ E / E \sim 1 – 10 %$ . Even if the integrated rate cannot compete with synchrotron radiation sources, the cost and the compactness of these Compton based machines make them attractive for a wide spectrum of applications. We explore here the interest of these systems for Cultural Heritage preservation.

Publié le : 2009-09-01

DOI : 10.1016/j.crhy.2009.09.001

Keywords: X-rays, Chemical analysis, Imaging techniques, Cultural heritage, Inverse Compton source
Mot clés : Rayons X, Analyse chimique, Techniques d'imagerie, Patrimoine, Source Compton inverse

Affiliations des auteurs :

Philippe Walter ¹ ; Alessandro Variola ² ; Fabian Zomer ² ; Marie Jaquet ² ; Alexandre Loulergue ³

¹ Centre de recherche et de restauration des musées de France, CNRS-UMR 171, Palais du Louvre, 14, quai François-Mitterrand, 75001 Paris, France
² Laboratoire de l'accélérateur linéaire – LAL, Université Paris-Sud 11, CNRS-UMR 8607, bâtiment 200, 91898 Orsay cedex, France
³ Synchrotron SOLEIL, L'Orme des Merisiers Saint-Aubin, BP 48, 91192 Gif-sur-Yvette cedex, France

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Philippe Walter; Alessandro Variola; Fabian Zomer; Marie Jaquet; Alexandre Loulergue. A new high quality X-ray source for Cultural Heritage. Comptes Rendus. Physique, Volume 10 (2009) no. 7, pp. 676-690. doi : 10.1016/j.crhy.2009.09.001. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2009.09.001/

Bibliographie
Cité par

[1] J. Salomon; J.C. Dran; T. Guillou; B. Moignard; L. Pichon; P. Walter; F. Mathis Nucl. Instrum. Methods B, 266 (2008), pp. 2273-2278

[2] G. Amsel; M. Menu; J. Moulin; J. Salomon Nucl. Instrum. Methods B, 45 (1990), p. 610

[3] G.M. Gordon; H.W. Kraner J. Radioanal. Chem., 12 (1972), p. 181

[4] G. Deconninck J. Radioanal. Chem., 12 (1972), p. 157

[5] T. Calligaro; J.-C. Dran; H. Hamon; B. Moignard; J. Salomon Nucl. Instrum. Methods B, 136–138 (1998), p. 339

[6] J.C. Dran; J. Salomon; T. Calligaro; Ph. Walter Nucl. Instrum. Methods B, 219–220 (2004), pp. 7-15

[7] T. Calligaro; J.-C. Dran; E. Ioannidou; B. Moignard; L. Pichon; J. Salomon Nucl. Instrum. Methods B, 161–163 (2000), p. 328

[8] H.E. Mahnke; A. Denker; J. Salomon Accelerators and x-rays in cultural heritage investigations, C. R. Physique, Volume 10 (2009) no. 7, pp. 660-675 (this issue)

[9] M. Cotte; E. Welcomme; V.A. Sole; M. Salome; M. Menu; Ph. Walter; J. Susini Anal. Chem., 79 (2007), pp. 6988-6994

[10] J.D. Jackson Classical Electrodynamics, John Wiley and Sons, 1999

[11] O. Klein; Y. Nishina Z. Phys., 52 (1929), p. 853 (and 869)

[12] A.H. Compton Phys. Rev., 21 (1923), p. 715

[13] M.E. Peskin, D.V. Schroeder, An Introduction to Quantum Field Theory, The Advanced Book Program, 1995

[14] P. Rullhusen; X. Artru; P. Dhez Novel Radiation Sources using Relativistic Electrons, Series on Synchrotron Radiation Techniques and Applications, vol. 4, World Scientific, 1998

[15] T. Eidam, et al., Advanced Solid-State Photonics, OSA Technical Digest Series, Optical Society of America, 2009, paper MD3

[16] O. Schmidt; C. Wirth; I. Tsybin; T. Schreiber; R. Eberhardt; J. Limpert; A. Tünnermann Opt. Lett., 34 (2009), pp. 1567-1569

[17] J.R. Jones; J.-C. Diels; J. Jasapara; W. Rudolph Opt. Commun., 175 (2000), pp. 409-418

[18] J. Boullet; Y. Zaouter; R. Desmarchelier; M. Cazaux; F. Salin; E. Cormier Opt. Express, 16 (2008), p. 17891

[19] C. Gohle; T. Udel; M. Herrmann; J. Rauschenberger; R. Holzwarth; H.A. Schuessler; F. Krausz; T.W. Hänsch Nature, 436 (2005), p. 234

[20] http://www.lynceantech.com/

[21] http://sera.lal.in2p3.fr/thomx/

[22] A. Variola, C. Bruni, O. Dadoun, R. Chehab, M. Kuriki, T. Omori, J. Urakawa, L. Rinolfi, A. Vivoli, F. Zimmermann, Particle Accelerator Conference (PAC09), Vancouver, Canada, 2009

[23] M. Ando; C. Uyama Medical Application of Synchrotron Radiation, Springer-Verlag, 1998

[24] P. Suortti; W. Thomlinson Phys. Med. Biol., 48 (2003), p. R1

[25] G. Margaritondo; Y. Hwu; J.H. Je Rivista Nuovo Cimento, 27 (2004), p. 1

[26] R. Hajima; T. Hayakawa; N. Kikuzawa; E. Minehara J. Nucl. Sci. Technol., 45 (2008) no. 5, pp. 441-451

[27] C.P.J. Barthy, F.V. Hartemann, UCRL-TR 206825, LLNL laboratory report

[28] M. Cotte; J. Susini; V.A. Solé; Y. Taniguchi; J. Chillida; E. Checroun; P. Walter J. Anal. At. Spectrom., 23 (2008), pp. 820-828

[29] J. Dik; K. Janssens; G. Van Der Snickt; L. van der Loeff; K. Rickers; M. Cotte Anal. Chem., 80 (2008), pp. 6436-6442

[30] P. Tafforeau; R. Boistel; E. Boller; A. Bravin; M. Brunet; Y. Chaimanee; P. Clotens; M. Feist; J. Hoszowska; J.J. Jaeger; R.F. Kay; V. Lazzari; L. Marivaux; A. Nel; C. Nemoz; X. Thibault; P. Vignaud; S. Zabler Appl. Phys. A, 83 (2006), pp. 195-202

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