Diagnostics expérimentaux

Le spectromètre d’électrons permet de mesurer la distribution en énergie des faisceaux d’électrons produits sur la plateforme. Grâce à cela, on peut observer la déviation des électrons (xd, yd) par le champ magnétique de l’aimant par rapport à une trajectoire non déviée.
Cette dernière est définie par la position du trajet du faisceau laser dans le plan d’un écran Kodak Lanex.
La déviation par rapport à ce point nous permet ensuite de remonter à l’énergie de ces électrons : plus un électron est énergétique, moins il est dévié et inversement.

Un ICT (ou « transformateur de courant intégré », Integrating Current Transformer) est un diagnostic non destructif, passif, conçu pour mesurer les charges de paquets d’électrons ultra-courts avec une grande précision, tels que ceux générés par les accélérateur laser-plasma.

Son fonctionnement repose sur le principe des courants induits générés par le passage de particules chargées à travers une structure semblable à un transformateur.

Lorsqu’un faisceau d’électrons à haute énergie traverse l’ICT, il induit un champ magnétique variable dans le temps dans la bobine primaire du transformateur en raison du mouvement des particules chargées.

Un ensemble de bobines secondaires détecte la tension induite, qui est proportionnelle à la dérivée temporelle du courant du faisceau. Cette dernière est ensuite intégrée avec précision pour récupérer la charge totale du faisceau d’électrons.

Principe de fonctionnement d’un ICT (gauche) et le Turbo-ICT VAC (Bergoz) que nous utilisons sur la plateforme UHI100 (droite)

Le diagnostic optique utilisé pour mesurer la densité électronique expérimentale est un interféromètre de Nomarski. Ce choix a été fait car ce type d’interféromètre est robuste et facile à aligner.

Un faisceau sonde, synchronisé temporellement et spatialement avec le faisceau principal (création du plasma dont on veut sonder la densité électronique), va traverser le plasma, puis un prisme de Wollaston, qui va séparer angulairement le faisceau en deux selon sa polarisation (ordinaire ou extraordinaire) d’un angle α dépendant du prisme.

Le polariseur et l’analyseur influent sur la projection de la polarisation de chaque faisceau pour permettre l’interférence.

Un paramètre essentiel de ce dispositif est la zone de recouvrement des faisceaux ordinaire et extraordinaire.

En effet, afin de récupérer simplement le déphasage induit par la traversée du plasma, le faisceau est positionné de telle sorte que seule la moitié du faisceau traverse le plasma.

L’information sur le déphasage issu de la traversée du plasma est alors directe puisqu’on fait interférer une partie d’un faisceau contenant l’information sur le déphasage et une partie de l’autre faisceau ne la contenant pas. La mesure de ce déphasage nous permet ensuite de reconstruire une carte bidimensionnelle de la densité électronique à l’aide de la technique de l’inversion d’Abel.

Le spectromètre dit « parabole de Thomson » (TPS) est un outil de diagnostic indispensable pour l’étude et l’optimisation de l’accélération des ions dans les expériences laser-plasma, car il permet d’obtenir des renseignements sur les espèces ioniques en jeu, leur état de charge et leur distribution d’énergie.

Son principe de fonctionnement repose sur l’application simultanée d’un champ électrique et d’un champ magnétique, permettant de séparer les particules chargées en fonction de leur rapport masse/charge et de leur énergie. Cela génère des trajectoires paraboliques distinctes lorsque les particules atteignent un écran

de détection (dans notre cas, un écran phosphorescent couplé à une paire de galettes de microcanaux (MCP) ), ce qui permet d’enregistrer en temps réel, à chaque tir laser, les informations sur l’énergie et les états de charge des particules.

Sur la plateforme UHI100, nous disposons de différents types de TPS, conçues pour une utilisation à l’intérieur ou à l’extérieur de la chambre à vide où a lieu l’interaction du laser avec la cible solide, afin de répondre à toutes les exigences expérimentales.

Principe de fonctionnement d’une TPS (gauche) et traces paraboliques des différents ions accélérés enregistrés sur le détecteur (écran phosphore couplé à des MCP) (droite)