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Faisceaux de particules produits et accélérés par laser

Des faisceaux d’électrons, de photons et de protons (voire d’ions lourds) de plusieurs dizaines de MeV sont produits lors de l’interaction d’un laser de ultra haute intensité (UHI) avec une cible. La production de ces faisceaux nécessite des lasers impulsionnels atteignant des intensités sur cible de l’ordre de, ou supérieure à, 1018 W.cm-2. De telles intensités sont typiquement atteintes par des lasers ultra-brefs (quelques ps ou fs) dont les énergies sont de l’ordre du J ou du mJ.

Principe de l'accélération de particules par laser Les caractéristiques des sources de particules accélérées par laser sont spécifiques de l’interaction laser matière à haut flux : extrême brièveté (quelques centaines de ps), grand nombre de particules (quelques 1012 particules par tir), quasi-ponctualité, et grande gamme d’énergie pour les particules produites.

Le domaine d’applications potentielles de ces faisceaux est vaste, mais nécessite leur parfaite caractérisation, en termes de distributions en énergie et angulaire notamment. Depuis bientôt 10 ans, notre groupe participe à des expériences ayant pour but d’optimiser ces sources et de mieux comprendre l’interaction laser-matière dans ces régimes de haute intensité.

Cet investissement est lié à notre intérêt pour l’étude des modifications des propriétés nucléaires lorsque la matière est à l’état de plasma. Les faisceaux de particules accélérées par un premier laser UHI peuvent en effet être utilisés pour induire des réactions nucléaires dans des plasmas, produits par un second laser de grande énergie (kJ) et d’impulsion longue (ns).

Faisceaux de particules produits et accélérés par laser

Effets du pré-plasma sur les sources d’électrons et de photons

Le laser ne pénètre que de quelques μm dans la matière. La nature de l’interaction entre l’impulsion ultra-brève et une cible dense (liquide ou solide) dépend donc fortement de l’état de la surface de cette dernière. Plus particulièrement, elle dépend du gradient de densité de matière à la surface de la cible. Ce gradient est causé par l’arrivée sur la cible de lumière focalisée, et ce avant l’impulsion principale. L’origine de cette lumière peut être (...)

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Caractérisation et utilisation de faisceaux de protons

Lors de l’interaction entre un laser ultra-intense et une cible solide, la séparation de charge induite en face arrière de la cible par l’émission du faisceau d’électrons accélérés induit un champ électrostatique pouvant atteindre 1012 Vm-1 normal à la face arrière. Ce champ est assez élevé pour arracher et accélérer toute particule chargée positivement et située à la surface de la cible, en particulier des protons du fait de leur rapport charge sur masse élevé. Le groupe (...)

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Les laser de puissance

Les faisceaux laser impulsionnels sont caractérisés par deux paramètres fondamentaux : leur énergie et la durée de leurs impulsions. Du fait du seuil d’endommagement des instruments optiques, les installations laser effectuent un compromis entre ces deux paramètres, ce qui permet de différencier deux grandes familles de faisceaux laser : les faisceaux de très haute énergie, pouvant atteindre le mégajoule, et d’impulsions dites longues, supérieures à la ns ; les faisceaux de (...)

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