Conception et réalisation de la parabole de Thomson. De gauche à droite, le model SIMION© (avec les trajectoires de vol des ions), le dessin CATIA© et le produit finale.
Depuis plus d’une dizaine d’années, l'accélération d'ions et de protons, obtenue en focalisant un laser à très haute puissance sur une feuille minces (~µm), continue à exercer un intérêt particulier dans la communauté scientifique. Cela est dû aux nombreuses possibles applications d'un tel faisceau de particules, aussi bien dans la recherche fondamentale (chauffage isochore, « probing » de matières ou plasmas denses) que dans le domaine de la santé (proton-therapie). Aujourd'hui, la recherche dans ce domaine se tourne surtout vers l'augmentation de l'énergie maximale, la monochromaticité du faisceau des particules et le control de ses propriétés spatiales (divergence, emittance, laminarité).
A Saclay, le groupe PHI travaille sur cette thématique depuis 2005 en exploitant l’installation laser à très haute intensité UHI100 (jadis, UHI10). Dans ces conditions d’interactions, nous avons été les premiers à montrer, dans le passée, qu’aussi bien le côté de la cible exposé au laser que le coté opposé produisent des faisceaux des particules aux caractéristiques similaires, qui se propagent, en directions opposées, normalement à la cible. Aujourd’hui, nos recherches s’orientent principalement sur l’étude de l’influence de cibles opportunément structurées sur les caractéristiques émissives des faisceaux de protons.
Le groupe PHI dispose de deux salles expérimentales radio protégées, les deux exploitant le laser Ti-Sa UHI 100 TW, dont le caractéristiques principales sont l'extrême brévité de l'impulsion (25 fs) et le très bon contraste intrinsèque autour de 108. Dans chaque salle, un Double Miroir Plasma permet d’augmenter de quatre ordres de grandeurs supplémentaires la valeur du contraste de l’impulsion, tandis qu’un miroir déformable en assure la qualité de focalisation.
Ces caractéristiques uniques de durée, puissance et contraste, font de ce laser l'outil idéal pour la recherche fondamentale sur l'accélération ionique.
Enfin, une palette complète de diagnostics permet de caractériser à la fois les faisceaux d'ions produits (paraboles de Thomson, spectromètre à film radiochromiques, spectromètres à électrons, diodes) et le faisceau laser (un cross-corrélateur au troisième ordre, un auto-corrélateur, un système SPIDER pour la mesure directe des profils d'intensité et de phase de l'impulsion fs).
Profils radiochromiques correspondants à différentes énergies de protons, pour le même tir laser, dans la direction de propagation du laser (FWD – en haut) et en direction opposée (BWD – en bas).Les énergies sont comprises (da gauche à droite) entre environ 0.45 et 2 MeV
