Sources de rayons X relativistes
Notre objectif principal est de développer de nouvelles sources de rayons X femtoseconde. À cette fin, nous explorons les mécanismes de rayonnement X dans l’interaction laser-plasma relativiste.
Référence : S. Corde et al., Reviews of Modern Physics , 85, 1 (2013) – https://link.aps.org/doi/10.1103/RevModPhys.85.1 .
En 2003 , nous avons démontré que la diffusion Thomson non linéaire peut atteindre le domaine des rayons X. Il est produit par des électrons libres oscillant dans un champ laser intense.
Référence: K. Ta Phuoc et coll., Phys. Rev. Lett . 91, 19, 195001 (2003) – https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.91.195001 .
En 2004 , nous avons fait la démonstration de la source Betatron à base laser, délivrant pour la première fois des faisceaux de rayons X femtosecondes dans la gamme d’énergie keV. Il est produit par des électrons accélérés et agités dans un laser Wakefield.
Référence: A. Rousse et al., Phys. Rev. Lett . 93, 13, 135005 (2004) – https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.93.135005 .
En 2006 , la nature femtoseconde de la source de Betatron a été démontrée expérimentalement. De plus, nous avons montré le potentiel de cette nouvelle source pour les études de dynamique structurelle ultra-rapide à l’échelle de temps femtoseconde.
Référence : K .Ta Phuoc et al., Physics of Plasmas 14, 080701 (2007) – https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.2754624 .
En 2012 , les premiers faisceaux de rayons X à haute énergie (plage de 100 keV) ont été produits en utilisant un schéma entièrement optique simple basé sur la rétrodiffusion Thomson. Le rayonnement est produit par la collision d’électrons relativistes d’un accélérateur laser-plasma et d’une impulsion laser femtoseconde intense.
Référence: K. Ta Phuoc et al. Photonique de la nature. 6,308-311 (2012) – https://www.nature.com/articles/nphoton.2012.82 .
Progrès récents:
2017 – Stabilisation de la source de rayons X Betatron:
La source bétatron, qui reproduit essentiellement le principe d’un synchrotron à l’échelle millimétrique, fournit un rayonnement lumineux d’une durée femtoseconde et d’une cohérence spatiale élevée. Cependant, malgré ses caractéristiques uniques, la facilité d’utilisation de la source de bétatron a été limitée par son contrôle et sa stabilité médiocres. En 2017, nous avons démontré la production fiable de faisceaux de rayons X à polarisation accordable. Par injection induite par ionisation dans un mélange gazeux, les orbites des électrons relativistes émettant le rayonnement sont reproductibles et contrôlées. On observe que les fluctuations du signal et du profil du faisceau sont considérablement réduites et que le pointage du faisceau varie de moins d’un dixième de la divergence du faisceau. Le rapport de polarisation atteint 80% et l’axe de polarisation peut facilement être tourné. Nous anticipons un large impact de la source,
Référence: A. Doepp et al., Light Science and Applications 6, e17086 (2017) – https://www.nature.com/articles/lsa201786.pdf?draft=marketing .
2018 – Spectroscopie d’absorption des rayons X femtoseconde:
En 2018, nous avons réuni une équipe de scientifiques aux expertises complémentaires de LOA, CEA et CELIA et nous avons réalisé avec succès la première expérience femtoseconde XANES (X-ray Absorption Near-Edge Spectroscopy).
Évolution temporelle de la température électronique d’un échantillon de cuivre de 80 nm chauffé avec une impulsion laser de 30 fs à une fluence de 1J / cm2. Les données déduites des mesures XAS résolues en temps (cercles pleins) sont comparées au calcul hydrodynamique à deux températures (trait simple). La température ionique calculée est également tracée (ligne en pointillés).
Nous avons mesuré la dynamique femtoseconde du bord L du cuivre amené à des conditions de matière chaude et dense (WDM). Une caractéristique spectrale claire (pré-bord) a été observée à la suite de l’augmentation ultra-rapide de la température des électrons. La résolution temporelle a été évaluée à 75 ± 25 fs, principalement limitée par la géométrie d’une telle expérience de démonstration de principe. Cette première expérience démontre le grand potentiel de la source Betatron et ouvre des possibilités sans précédent d’absorption des rayons X femtoseconde. Notre projet vise à développer cette nouvelle classe d’expériences.
B. Mathieu et coll., Nature Communications 9; 3276 (2018) – https://www.nature.com/articles/s41467-018-05791-4 .
2019 – Adaptation plasma:
Lorsqu’ils sont produits avec des lasers femtosecondes de classe Terawatt, l’énergie et le flux d’une source Betatron ne sont pas suffisants pour concurrencer les sources synchrotron, limitant ainsi leur diffusion et ses applications possibles.
En 2019, nous avons démontré une méthode simple pour améliorer l’énergie et le flux des sources Betatron sans augmenter l’énergie laser. Les orbites des électrons relativistes émettant le rayonnement ont été contrôlées à l’aide de plasmas adaptés à la densité de sorte que l’efficacité énergétique de la source Betatron soit augmentée d’environ un ordre de grandeur.
Référence: M. Kozlova et al., Phys. Rev. X 10, 011061 (2020) – https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevX.10.011061 .
