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Univ. Paris-Saclay
Perspectives

Les prochaines étapes de la recherche sur l'accélération ionique à Saclay
 
Grâce à un riche ensemble de ressources humaines, compétences et moyens techniques, nous allons mettre en place un ambitieux programme de recherche.
 
a) Lois d'échelle
 
La plupart des modèles existants censés donner des lois d'échelle pour les principales caractéristiques des faisceaux de protons (énergie maximales, nombre de particules accélérées) semble être mieux adaptés à des impulsions laser très énergétiques et de « longue » durée (~ ps). Cela s'explique par le fait que c'est aussi à partir des données acquises lors d'expériences menées sur ce type d'installations, que ces model ont été bâtis.
On peut toutefois facilement comprendre l'intérêt, surtout économique, pour des futures installations laser, d'atteindre des niveaux d'intensité très élevés mais en utilisant une très courte durée d'impulsion et relativement peu d'énergie. Il devient alors important, de vérifier et éventuellement modifier les lois d'échelle existantes  pour mieux les adapter à ce type de laser. C'est ce que nous nous proposons de faire en étudiant l'influence de la durée d'impulsion et l'intensité d'éclairement sur les énergies maximales et la distribution spectrale des protons.


 b)  Cibles nano-structurées

 
Des récentes expériences menées à Saclay ont montré les potentialités des cibles micro- voire nano-structurées dans l’augmentation de l’efficacité de couplage. Forts de nos résultats, nous allons reconduire l’exploration de cette voie en utilisant des cibles avec des caractéristiques encore mieux adaptées à nos paramètres d’interaction. De plus, nous allons nous intéresser aussi à l’émission de paquets d’électrons observés lors de l’utilisation de cibles à réseau, c’est-à-dire, présentant un motif periodique regulier et opportunement espacé sur la surface exposée à l’impulsion laser.

 

c) Le projet ALPS
 
Suite logique de l’ANR GOSPEL qui s’est terminé en 2012, le projet ALPS se situe dans le cadre du projet SAPHIR (voir plus bas), auquel notre équipe participe. Ce projet d'innovation industrielle stratégique, issu de la collaboration entre partenaire industriels et académiques, a pour bût de définir les briques scientifiques et technologiques pour la réalisation de la protonthérapie par laser. Trois objectifs de recherche sont poursuivis :
 - développer les lois d'échelle des énergies des protons pour différents intensités laser vers le régime ultra-relativiste, I>1021 Wcm-2, dans le but d'étudier une source d'ions par laser d'intérêt médical;
 - approfondir les connaissances des aspects fondamentales des plasmas créés par laser, afin de identifier et contrôler des chemins d'accélération des ions plus adaptés à un usage pratique des faisceaux produits;
- quantifier les effets qu’une dose déposée par des particules accélérés par laser auraient sur des échantillons biologiques, dans le bût de vérifier ou nier leur utilité pour la protontherapie.
Le CEA/DAM-IDF et le LOA (porteur) font également partie du projet.

 

d)  Le projet PROPAGATE


Le projet PROPAGATE se propose d’effectuer une large et systématique étude expérimentale sur les  mécanismes d'absorption de l’énergie laser par des agrégats en fonction de leur taille moyenne, de la densité électronique et des paramètres du laser lui-même (énergie, durée d'impulsion, contraste ...) ayant pour objectif  la mesure des taux absolus de production de particules. PROPAGATE peut compter sur une solide collaboration interdisciplinaire entre des chimistes, des spécialistes de la physique atomique, nucleaire  et des plasmas, et des astrophysiciens chacun couvrant l’un des domaines en jeu (génération et caractérisation des nano-objets, réalisation de l’injecteur et des diagnostics appropriés, etc.) Les expériences auront lieu sur les installations laser du CELIA à Bordeaux et sur le laser UHI100 à Saclay. 

 

e) Dépôt d'énergie des ions dans la matière


L'emittance et la durée des paquets d'ions accélérés par laser sont des ordres de grandeurs plus petits de ce que l'on peut obtenir avec un accélérateur classique. La reproductibilité tir à tir peut attendre le 5% RMS en utilisant, comme nous l'avons montré, des impulsions laser UHC. Toutes ces caractéristiques font des ions accélérés par laser l'outil idéal pour étudier le dépôt d'énergie dans la matière sur des échelles temporelle extrêmement courtes, notamment à travers des expériences de type pompe-sonde. Des telles informations sont d'intérêt capital pour le développement de modèles numériques concernant la fluorescence induite dans la matière par des particules ionisantes. Ce programme de recherche est mené en collaboration avec le CEA/IRAMIS/Nanosciences et Innovation pour les Matériaux la Biomédecine et l'Energie (NIMBE).
 
f) Des protons accélérés par laser pour la proton thérapie: le consortium SAPHIR
 
Parmi toutes les applications envisageables de ces paquets des protons, la plus intéressante d'un point de vue sociétale reste, et de loin, la possibilité de les utiliser pour le traitement du cancer. Dans ce cadre, le but du consortium SAPHIR est d'étudier la faisabilité d'une source de protons compacte générée par laser qui soit plus compacte, flexible et économique des installations actuelles basées sur des accélérateurs standards. Autour de ce projet, qui a récemment reçu l'appui enthousiaste de l'OSEO, figurent  des partenaires de compétence reconnue du  monde de la recherche et de l'entreprise: le LOA, le CEA-DAM, Amplitude Technologies, l' Institute Gustave Roussy, l' Institute Curie, le Centre Protonthérapie d'Orsay, Propulse s.a.s, Imagine Optic et Dosisoft.

 

 

 

Maj : 11/10/2018 (1252)

 

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