Parmi les différents paramètres impliqués dans les mécanismes d'accélération laser-plasma, les électrons eux-mêmes peuvent être détectés et étudiées. Mais, comme ils sont détecter à la fin du processus d'accélération, il n'est pas trivial d’obtenir des informations sur la «vie de l 'électron", de l’injection jusqu’à la fin du processus d’accélération. Pendant la phase d'accélération, les électrons acquièrent des énergies relativistes et oscillent autour de l'axe du laser. Cela conduit à la production d'émission, appelé rayonnement betatron, jusqu'aux rayons g [Cipiccia2011 ]. Plusieurs études expérimentales et numériques ont montré qu'il existe un lien étroit entre les propriétés électroniques et les caractéristiques d'émission bêtatroniques [Rousse2007, Ta Phuoc2006].
Nous avons effectué des études numériques sur les propriétés de l'émission betatron des électrons relativistes [ Andre2012 ] dans des conditions proches de celles pouvant être obtenues sur le laser UHI100 (CEA-SLIC100TW-25fs).
D'après les simulations 2D PIC que nous avons effectuées avec PICLS (collaboration avec E. d'Humières - CELIA-Université Bordeaux1) couplé à un programme développé par Arnaud André (doctorant) pour calculer l’émission des électrons accélérés, nous avons montré que les propriétés du rayonnement betatron sont fortement liés à ceux du faisceau d'électrons. De légères variations des conditions initiales (figure 1), la densité électronique variant de 6 à 7x1018cm-3, permettent de lier les propriétés du paquet d'électrons à la fin du processus d'accélération (phase d'oscillation, de l'énergie, nombre d'électrons dans chaque grappe, lorsque plusieurs paquets d'électrons piégés) au profil du rayonnement émis et à l'étendue spectrale de la répartition angulaire sur l'axe de propagation du laser
[André2012].
Figure 1: (a) profil d’emission le long de l’axe de propagation (qz=0) par unite d’angle solide pour Ne0=7x1018cm-3 (axe de droite) and Ne=6x1018cm-3 (axe de gauche) and a0=2.5. Distribution angulaire d’intensité spectrale du rayonnement émis par les electrons accélérés, en qz=0 pour Ne0=6x1018cm-3 (b) et Ne0=7x1018cm-3 (c).
Faisant varier l'intensité de a0 = 2,5 à a0 = 3.5, nous avons mis en évidence que la déformation de la cavité ionique joue un rôle important sur la forme de la distribution angulaire de l'intensité spectrale du rayonnement émis (extension maximale hors de l'axe de propagation comme indiqué sur la figure 2 (à droite)) et sur le profil d'émission rayonnée (non centrée sur l'axe laser). Nous reportons, sur la figure 2, les trajectoires des électrons accélérés (côté gauche) et l'extension spectrale associée de la distribution angulaire (côté droit).
Figure 2: Trajectoires électroniques en fin du processus d’accélération pour a0=3.5, Ne0=6x1018cm-3, (gauche) et distribution angulaire de l'intensité spectrale du rayonnement émis en qz=0 (la ligne blanche en pointillés représente l’axe de propagation).
[Cippicia2011] S. Cippicia et al., Nat. Phys. (2011) 7 867
[Rousse2007] A. Rousse et al., Eur. Phys. Journal (2007) 45 391
[Ta Phuoc2006] K. Ta Phuoc, Phys. Rev. Lett. (2006) 97 225002
[André2012] PhD thesis manuscript, 2012, Univ. Paris Sud
