Contribution à l'étude de l'interaction génotype x milieu, pour
Étude expérimentale de l’émission X issue de l'interaction laser-agrégats
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Étude expérimentale de Étude expérimentale de l’émission X issue de l’émission X issue de
l'interaction laser-agrégatsl'interaction laser-agrégats
Étude expérimentale de Étude expérimentale de l’émission X issue de l’émission X issue de
l'interaction laser-agrégatsl'interaction laser-agrégats
CELIACELIA
Tony CAILLAUDTony CAILLAUD
CEntre de Lasers Intenses et Applications, CEntre de Lasers Intenses et Applications,
UMR 5107, TALENCEUMR 5107, TALENCE
2/41
CELIACELIA
t fs
• Physique fondamentale de Physique fondamentale de l’interaction laser-agrégatsl’interaction laser-agrégats
Cadre de l’étudeCadre de l’étude
1 fs = 10-15 s1 nm = 10-9 m
+ = ?
Impulsion laser intense(Ilaser 1014-1017 W.cm-2)
Rag << longueur d'onde laser << rayon de focalisation
Rag qqs nm
agrégat de gaz rare
3/41
CELIACELIA
Historique et intérêtHistorique et intérêt
1994 : Observation de 1994 : Observation de rayonnement X ou XUV rayonnement X ou XUV [1], [2][1], [2]
1996 : Observation d'ions1996 : Observation d'ionsmulti-chargés, d'électrons multi-chargés, d'électrons [3], [4][3], [4]
1999 : Observation de neutrons1999 : Observation de neutronsissus de réaction de fusion issus de réaction de fusion [5][5]
[1] McPherson et al. PRL 72 (1994), 1810[2] Ditmire et al. PRL 75 (1995), 3122[3] Shao et al. PRL 77 (1996), 3343[4] Lezius et al. PRL 80 (1998), 261[5] Ditmire et al. Nature 398 (1999), 489
4/41
CELIACELIA
• Génération de nouvelles Génération de nouvelles sources X ultra-brèves et sources X ultra-brèves et intenses intenses • Applications potentielles à Applications potentielles à l’étude de la dynamique de l’étude de la dynamique de structures ultra-rapidesstructures ultra-rapides
Historique et intérêtHistorique et intérêt
[1] McPherson et al. PRL 72 (1994), 1810[2] Ditmire et al. PRL 75 (1995), 3122
[4] Lezius et al. PRL 80 (1998), 261[5] Ditmire et al. Nature 398 (1999), 489
[3] Shao et al. PRL 77 (1996), 3343
1994 : Observation de 1994 : Observation de rayonnement Xrayonnement X ou XUV ou XUV [1], [2][1], [2]
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CELIACELIA
h
h
h
h h
h
h
Laser
Agrégats
plasma
Laser
Gaz
Laser
Solide
débris
Milieu intermédiaireMilieu intermédiaire
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CELIACELIA
AttentesAttentes- Forte absorption
- Interaction en volume
- Peu de pertes par conduction thermique
Intérêt des cibles d'agrégatsIntérêt des cibles d'agrégats
AvantagesAvantages- Cible renouvelable
- Peu de débris
Rendement élevé dans les X (jusqu'à qq keV)
Adaptée à la haute cadence
En régime fs ou ps, on espère émission ultra-brève (fs ou ps)
Jet d'agrégats
h
h
h
plasma
Laser
Agrégats
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CELIACELIA
• Domaine relativement récentDomaine relativement récent Modèles existants incomplets et discutés
• Étudier les propriétés du Étudier les propriétés du rayonnement Xrayonnement XNécessité de fournir des données expérimentales
exploitables pour les modèlesDéterminer les mécanismes fondamentaux
• Aspect source XAspect source X faisabilité, contrôle et optimisation d'une source X multi-
keV et ultra-brève
Objectifs de l’étudeObjectifs de l’étude
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CELIACELIA
Plan de l'exposéPlan de l'exposé
• Mécanismes de l'interaction Mécanismes de l'interaction laser-agrégatslaser-agrégats
• Dispositif expérimentalDispositif expérimental• Étude de la propagation dans Étude de la propagation dans
le jetle jet• Dynamique de l'interactionDynamique de l'interaction• Modélisation de l'interaction Modélisation de l'interaction
et de la dynamique de et de la dynamique de l'émission Xl'émission X
• Conclusions et PerspectivesConclusions et Perspectives
CELIACELIA
Mécanismes de Mécanismes de l'interaction laser-l'interaction laser-
agrégatsagrégats
IntroductionIntroduction DispositifDispositif PropagationPropagation ModélisationModélisationDynamiqueDynamiqueMécanismesMécanismes
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
10/41
CELIACELIA
• Modèle CEMM (1994) Modèle CEMM (1994) [6]
– électrons cohérents – durée émission X durée laser– petits agrégats (<1000 at/ag)
[8] Milchberg et al. PRE 64 (2001), 056402
[6] Boyer et al. J. Phys. B 27 (1994), L633
Modèles existantsModèles existants
Oscillations dans le champ laser du nuage électronique de masse
N.me
• Modèles collisionnelsModèles collisionnels– Ditmire (1996) : modèle "nano-plasma" [7]
agrégat = bille de plasma uniforme
– Milchberg (2001) [8]
modèle 1D
[7] Ditmire et al. PRA 53 (1996), 3379
IntroductionIntroduction DispositifDispositif PropagationPropagation ModélisationModélisationDynamiqueDynamiqueMécanismesMécanismes
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
11/41
CELIACELIA
• Hypothèses du modèleHypothèses du modèle
• MécanismesMécanismes
Modèle "nanoplasma"Modèle "nanoplasma"
int 0
3
2E E
– Rag<<
– bille 0D (ne(t),Te(t),Rag(t))– thermalisation instantanée
– dans le champ : ionisation
– collisionnels : absorption ionisation
– expansion de l'agrégat pression hydrodynamique pression coulombienne
IntroductionIntroduction DispositifDispositif PropagationPropagation ModélisationModélisationDynamiqueDynamiqueMécanismesMécanismes
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
12/41
CELIACELIA
Modèle "nanoplasma" Modèle "nanoplasma"
Temps (fs)
Ray
on (
Å)
T
emp
. éle
ctr.
(eV
)
Inte
nsi
té (
W.c
m-2)
n
e//n
c
Temps (fs)
int 0
3
2E E
1 e
c
n
n et
Résonance du champ dans l'agrégat pour ne = 3nc tres 10fs
Exemple de simulation Rag= 30 Å, tlaser = 140 fs, Imax=2.1016 W.cm-2
IntroductionIntroduction DispositifDispositif PropagationPropagation ModélisationModélisationDynamiqueDynamiqueMécanismesMécanismes
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
13/41
CELIACELIA
Limites du modèle nanoplasmaLimites du modèle nanoplasma
• Suppose une thermalisation Suppose une thermalisation permanente et instantanée permanente et instantanée des électrons des électrons (te-e 1 ps)
• Résonance liée à l'hypothèse Résonance liée à l'hypothèse de densité uniforme de densité uniforme
• Résonance géante, mécanisme Résonance géante, mécanisme d'amortissement discuté d'amortissement discuté [9]
[9] Megi et al. J. Phys. B 27 (2003), 273
IntroductionIntroduction DispositifDispositif PropagationPropagation ModélisationModélisationDynamiqueDynamiqueMécanismesMécanismes
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
14/41
CELIACELIA
Modèle 1DModèle 1D
Intensité (u.a.)
Abs
orpt
ion
(u.a
.)
Temps (fs)
ne
Rag
nc
ne
Rag
ne
Rag
nc• AbsorptionAbsorption
résonante à nrésonante à ncc
• Chauffage plusChauffage plus faible mais faible mais délayédélayé dans le temps dans le temps (qqs 100 fs)(qqs 100 fs)
• À chaque À chaque instant,instant, une couche à une couche à nncc
IntroductionIntroduction DispositifDispositif PropagationPropagation ModélisationModélisationDynamiqueDynamiqueMécanismesMécanismes
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
15/41
CELIACELIA
Émission XÉmission X
électrons énergétiques lacunes en couche profonde émission X
collisions transitionsradiatives
K
L
Peu de modèle pour reconstruire l'émission X
IntroductionIntroduction DispositifDispositif PropagationPropagation ModélisationModélisationDynamiqueDynamiqueMécanismesMécanismes
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
Choix de l'ArgonEx : Ar16+
16/41
CELIACELIA
électrons énergétiques lacunes en couche profonde émission X
collisions transitionsradiatives
K
L
Choix de l'ArgonEx : Ar16+
Peu de modèle pour reconstruire l'émission X
Émission X = diagnostic : - état de charge …
IntroductionIntroduction DispositifDispositif PropagationPropagation ModélisationModélisationDynamiqueDynamiqueMécanismesMécanismes
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
He1
Émission XÉmission X
17/41
CELIACELIA
DispositifDispositifexpérimentalexpérimental
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes PropagationPropagation ModélisationModélisationDynamiqueDynamiqueDispositifDispositif
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
18/41
CELIACELIA
Production d'agrégats de gaz Production d'agrégats de gaz rarerare
3 paramètres : 3 paramètres :
– nntottot densité densité totaletotale
– taux de taux de condensationcondensation
– RRagag rayon rayon moyen des moyen des agrégatsagrégats
Buse conique
Laser
Jet d'agrégatspulsé
Argon @ 20, 40 ou 60 bars
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes PropagationPropagation ModélisationModélisationDynamiqueDynamique ConclusionConclusionPerspectivesPerspectivesDispositifDispositif
19/41
CELIACELIA
Propriétés du jet d'agrégatsPropriétés du jet d'agrégats
• Interférométrie Interférométrie (n(ntottot))
• Diffusion Rayleigh Diffusion Rayleigh (R(Rag ag x x ))
• Calcul 2D (Calcul 2D ())
0
100
200
300
400
500
0
3.7 1018
7.5 1018
1.1 1019
1.5 1019
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Rag
(Å
)
ntot (cm
-3)
Z (mm)
Argon 60 bars
= 25 %Distance ag-ag 1µm
– Rag 180 Å à 20 bars– Rag 275 Å à 40 bars– Rag 350 Å à 60 bars
• Profil de densité Profil de densité homogènehomogène
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes PropagationPropagation ModélisationModélisationDynamiqueDynamique ConclusionConclusionPerspectivesPerspectivesDispositifDispositif
[10] Dorchies et al. Phys. Rev. A 68 (2003), 023201
Imagerie Pinhole
Cristal de Mica sphérique
Lentille de focalisation (f# = 4)
Caméra CCD X
LaserTi:Saphir@1kHz
5 mJ, 30 fs
Caméra CCD d'ombroscopie
Faisceau laser doublé+ ligne à retard
1.5 mm
Laser
Sphère diffusante
(f# = 10)
Dispositif expérimentalDispositif expérimental
21/41
CELIACELIA
Propriétés spectralesPropriétés spectrales
0
5000
1 104
1.5 104
2 104
2.5 104
3 104
3.5 104
4 104
3 3.04 3.08 3.12 3.16In
ten
sité
(p
h/s
r/eV
/tir
)
Energie (keV)
Ar16+
Ar15+
Ar14+
Ar13+
Ar12+
Spectre de couche K de l'Argon obtenu à 60 bars pour une énergie laser incidente de 5 mJ
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes PropagationPropagation ModélisationModélisationDynamiqueDynamique ConclusionConclusionPerspectivesPerspectivesDispositifDispositif
Résultats similaires Rozet et al. Phys. Script. T 92 (2001), 113
• Rayonnement Rayonnement isotrope isotrope• 101088 ph/tir ph/tir• Rendement de Rendement de conversion conversion autour de 3 keV : autour de 3 keV : 1010-5-5
• Présence Présence d'Ard'Ar16+16+ avec avec seulement 10seulement 101515 W.cmW.cm-2-2
22/41
CELIACELIA
Étude de la Étude de la propagation dans le jetpropagation dans le jet
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes DispositifDispositif ModélisationModélisationDynamiqueDynamiquePropagationPropagation
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
23/41
CELIACELIA
Influence de la focalisation Influence de la focalisation dans le jetdans le jet
0
5 104
1 105
1.5 105
2 105
0
2 1018
4 1018
6 1018
8 1018
1 1019
1.2 1019
1.4 1019
-3 -2 -1 0 1 2 3
Intensité (ph/tir/sr/eV) Nat (cm-3)
Inte
nsi
té X
(p
h/s
r/ti
r/eV
)
Nat (cm
-3)
Focalisation (mm)
Optimum d'émission X en bord du jet Effet du jet dense sur la propagation
Focalisation devant le jet
Focalisationen bord du jet
Focalisation dans le jet
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes DispositifDispositif ModélisationModélisationDynamiqueDynamiquePropagationPropagation
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
24/41
CELIACELIA
Contexte plus généralContexte plus général
• Effets attendus dans Effets attendus dans l'interaction laser/gaz ionisé :l'interaction laser/gaz ionisé :– à haut flux (I >1018 W.cm-2) auto-
focalisation – à bas flux réfraction auto-induite par le
plasma
• Jet = gaz + agrégats Jet = gaz + agrégats
75 % de gaz résiduel 75 % de gaz résiduel !!
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes DispositifDispositif ModélisationModélisationDynamiqueDynamiquePropagationPropagation
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
25/41
CELIACELIA
Propagation dans le jet Propagation dans le jet
*
*/
3(1 )
4gaztot c
totc at ag gaz
Zn n
n n Z
Contribution du gaz résiduel Défocalisante
Contribution des agrégats Focalisante
tot gaz ag
• Propagation liée à la susceptibilité • milieu = gaz ionisé + ensemble d'agrégats ionisés
Au début de l'interaction(ne/ag>> nc)
< 10-3= 0.75
L'effet du gaz résiduel ionisé domine la propagation et réfracte le faisceau laser ?
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes DispositifDispositif ModélisationModélisationDynamiqueDynamiquePropagationPropagation
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
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CELIACELIA
• Utilisation du Utilisation du code WAKE 2D code WAKE 2D [11]
Rayo
n
0 10 Z/ZR
Sans gaz
Calcul de la réfraction dans le gazCalcul de la réfraction dans le gaz
Z/ZR
Rayo
n0 10
Avec gaz
[11] Mora et al. Phys. Fluids B 5 (1993), 1440
Diminution de Diminution de IImaxmax Recul du foyer Recul du foyer
• Hypothèses du Hypothèses du calculcalcul
– gaz seul
– calcul de l'ionisation et de la propagation
tlaser= 500 fstlaser= 500 fs, Ntot= 1.2x1019at.cm-3
27/41
CELIACELIA
Déplacement du foyerDéplacement du foyer
Laserfocalisation devant le jet
focalisation loin dans le jet
Laser
Laser focalisation en bord du jet
Laser focalisation dans le jet
tlaser= 500 fs, Ntot= 4.5x1018at.cm-3
Position mesurée
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
-0.500.511.522.53
Dis
tanc
e du
pla
sma
au c
entr
e d
u je
t (m
m)
Z (mm)
Bord du jet
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes DispositifDispositif ModélisationModélisationDynamiqueDynamiquePropagationPropagation
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
28/41
CELIACELIA
ConclusionConclusion
• Contribution défocalisante du gaz ioniséContribution défocalisante du gaz ionisé• Contribution focalisante de l'ensemble Contribution focalisante de l'ensemble
des agrégats ionisésdes agrégats ionisés
• Effet dominant du gaz Effet dominant du gaz optimum optimum d'émission X en focalisant en bord de d'émission X en focalisant en bord de jetjet
Limite ILimite Imaxmax d'un facteur 5 à 10 d'un facteur 5 à 10
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes DispositifDispositif ModélisationModélisationDynamiqueDynamiquePropagationPropagation
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
29/41
CELIACELIA
Dynamique de Dynamique de l'interaction l'interaction
Étude expérimentaleÉtude expérimentale
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes DispositifDispositif ModélisationModélisationPropagationPropagationDynamiqueDynamique
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
30/41
CELIACELIA
Ar 20 bars R=180 Å
Ar 40 bars R=275 Å
0
1 105
2 105
3 105
4 105
5 105
0 500 1000 1500 2000
Ar 60 bars R=350 A
Inte
nsit
é X
(ph
oton
s/sr
/tir
/eV
)
Durée laser (fs)
Effet de la durée de l’impulsionEffet de la durée de l’impulsion [12]
Il faut attendre une certaine densité Il faut attendre une certaine densité pour obtenir un chauffage optimal pour obtenir un chauffage optimal de l'agrégatde l'agrégat
ne = 3 nc
Temps D
ensi
té é
lect
roni
que
[12] Caillaud et al. Nucl. Instr. Méth. B 206 (2003), 329
1/3
0 0exp 3
e
s c
R nt
C n
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes DispositifDispositif ModélisationModélisationPropagationPropagationDynamiqueDynamique
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
texp
texp
[13] Zweiback et al. Phys. Rev. A 59 (1999), R3166
31/41
CELIACELIA
E1=0.45 mJ E
2=0.9 mJ
E1=0.7 mJ E
2=0.9 mJ
0
5000
1 104
1.5 104
2 104
2.5 104
3 104
3.5 104
4 104
0 1000 2000 3000 4000 5000
E1=0.9 mJ E
2=0.9 mJ
Inte
nsité
X (p
h/sr
/tir/
eV)
Délai (fs)
Expériences à deux impulsionsExpériences à deux impulsions
texp3 950250 fs
texp2 750250 fstexp1 45050 fs
Délai variable
Impulsions de 45 fs
Temps
ne = 3 nc
1/3
0 0exp 3
e
s c
R nt
C n
La vitesse d'expansion dépend de La vitesse d'expansion dépend de l'énergie déposée initialement l'énergie déposée initialement dans l'agrégatdans l'agrégat
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes DispositifDispositif ModélisationModélisationPropagationPropagationDynamiqueDynamique
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
tres= ?
32/41
CELIACELIA
ConclusionConclusion
• Émission X optimale pour une durée Émission X optimale pour une durée laser donnée laser donnée
• Optimum fonction de la taille des Optimum fonction de la taille des agrégatsagrégats
• Temps caractéristiques :Temps caractéristiques :– expansion ( 1 ps)– absorption (qqs 100 fs)
• Absorption sur un temps long :Absorption sur un temps long :– Modèle 0D (tres 10 fs)– Modèle 1D (tres qqs 100 fs)
Plus réaliste
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes DispositifDispositif ModélisationModélisationPropagationPropagationDynamiqueDynamique
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
33/41
CELIACELIA
Modélisation de la Modélisation de la dynamique de dynamique de l'émission Xl'émission X
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes DispositifDispositif DynamiqueDynamiquePropagationPropagationModélisationModélisation
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
34/41
CELIACELIA
ObjectifObjectif
Modéliser les spectres Modéliser les spectres X X
et la dynamique de et la dynamique de l'émissionl'émission
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes DispositifDispositif DynamiqueDynamiquePropagationPropagationModélisationModélisation
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
35/41
CELIACELIA
Modèle Modèle nanoplasmananoplasma
nnee(t), T(t), Tee(t)(t)
MéthodeMéthode
Modéliser les spectres Modéliser les spectres X X
et la dynamique de et la dynamique de l'émissionl'émission
Mesure de l'énergie Mesure de l'énergie déposée dans déposée dans
l'agrégatl'agrégatTemps de dépôt Temps de dépôt de cette énergiede cette énergie
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes DispositifDispositif DynamiqueDynamiquePropagationPropagationModélisationModélisation
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
Code TRANSPECCode TRANSPEC [14][14]
[14] Peyrusse Phys. Fluids B 4 (1992), 7
36/41
CELIACELIA
Modèle Modèle nanoplasmananoplasma
nnee(t), T(t), Tee(t)(t)
MéthodeMéthode
Modéliser les spectres Modéliser les spectres X X
et la dynamique de et la dynamique de l'émissionl'émission
Mesure de l'énergie Mesure de l'énergie déposée dans déposée dans
l'agrégatl'agrégat
Code TRANSPECCode TRANSPEC [14][14]
Temps de dépôt Temps de dépôt de cette énergiede cette énergie
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes DispositifDispositif DynamiqueDynamiquePropagationPropagationModélisationModélisation
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
Simuler l'expansionSimuler l'expansion hydrodynamique hydrodynamique
nnee(t),T(t),Tee(t)(t)
[14] Peyrusse Phys. Fluids B 4 (1992), 7
37/41
CELIACELIA
0
50
100
150
200Signal mesuréTRANSPEC
Sig
na
l cam
éra s
treak
(u.a.)
0
2 105
4 105
6 105
8 105
1 106
1,2 106
0 6 10-12 1,2 10-11
TRANSPEC
Inte
ns
ité
X (
u.a
.)
Temps (s)
Signal mesuréTRANSPECTRANSPEC convoluéde la résolution streak
Mesures de durée XMesures de durée X
• Durée d'émission Durée d'émission X très courtesX très courtes
– Calculée (500 100) fs
– Mesurée : (2.50.5) ps
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes DispositifDispositif DynamiqueDynamiquePropagationPropagationModélisationModélisation
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
[15] Dorchies et al. Proc. of the 48th SPIE 5196 (2004), 319
Edep=1500 eV/e- tdep=250 fs
38/41
CELIACELIA
Conclusion généraleConclusion générale
• Sur le plan de la physiqueSur le plan de la physique– Bonne connaissance de la cible (Rag, nag)
– Jet dense réfraction (Imax limité à 1016 W.cm-2)
– États de charge très élevés (Ar16+)– Détermination des échelles de temps
expansion ( ps) absorption ( 100 fs)
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes DispositifDispositif DynamiqueDynamiquePropagationPropagation ModélisationModélisation
39/41
CELIACELIA
Conclusion généraleConclusion générale
• Source multi-keV intense Source multi-keV intense (3keV)(3keV)– Rayonnement isotrope – 108 ph/tir– Rendement X élevé 10-5 (avec seulement
qqs mJ laser)– Émission X ultra-brève < (2.5 0.5) ps
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes DispositifDispositif DynamiqueDynamiquePropagationPropagation ModélisationModélisation
40/41
CELIACELIA
PerspectivesPerspectives
• Jet continu pour applications potentiellesJet continu pour applications potentielles• Développement de modèle (S. Micheau) Développement de modèle (S. Micheau)
– Expliquer l'ionisation– Reconstruire l'émission X
• Réponse d'un agrégat uniqueRéponse d'un agrégat unique– S'affranchir de l'intégration spatiale sur le volume– Résoudre spatialement le spectre
• Résolution temporelle du spectre (C. Résolution temporelle du spectre (C. Bonté)Bonté)
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes DispositifDispositif DynamiqueDynamiquePropagationPropagation ModélisationModélisation
41/41
CELIACELIA
CollaborationsCollaborations• GPS de Jussieu (E. Lamour, C. Prigent, J.P. GPS de Jussieu (E. Lamour, C. Prigent, J.P.
Rozet, D. Vernhet)Rozet, D. Vernhet)• CPTH de Palaiseau (P. Mora : code WAKE)CPTH de Palaiseau (P. Mora : code WAKE)• VNIIFTRI de Moscou (Y. A. Faenov, T. A. VNIIFTRI de Moscou (Y. A. Faenov, T. A.
Pikuz, A.I. Magunov, I.Y. Skobelev)Pikuz, A.I. Magunov, I.Y. Skobelev)• Institut de Modélisation Mathématique de Institut de Modélisation Mathématique de
Moscou (A. S. Boldarev, V. A. Gasilov)Moscou (A. S. Boldarev, V. A. Gasilov)• LLNL de Los Alamos (J. Abdallah, G.C. Junkel-LLNL de Los Alamos (J. Abdallah, G.C. Junkel-
Vives)Vives)• CELIA (F. Blasco, F. Dorchies, C. Bonté, O. CELIA (F. Blasco, F. Dorchies, C. Bonté, O.
Peyrusse : code TRANSPEC et tout le Peyrusse : code TRANSPEC et tout le personnel du laboratoire)personnel du laboratoire)
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes DispositifDispositif DynamiqueDynamiquePropagationPropagation ModélisationModélisation
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CELIACELIA
+Ze
…
…
Elibre
Elibre’
h = Elibre - Elibre’
+ZeK
L
M
…
…
Elibre
h = Elibre - Elié
Elié
+ZeK
L
M
…
…
Elié
h = Elié - Elié’
Elié’
BremmstrahlungCapture radiativeDésexcitation radiative
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CELIACELIA
Influence du contraste nsInfluence du contraste ns
• Effet de seuil Effet de seuil autour de 10autour de 101414 W.cmW.cm-2-2
• Temps de vie de Temps de vie de l'agrégat < 4 nsl'agrégat < 4 ns 1000
104
105
106
1011 1012 1013 1014 1015 1016
Inte
nsité
He
(p
h/sr
/tir/
eV)
Intensité pré-pulse à 4 ns (W.cm -2)
Probabilité d'ioniser de ArAr+ comprise entre 10 et 90 % (calcul ADK)
4 ns
Pré-impulsion d'intensité C x I
Impulsion principale d'intensité I
44/41
CELIACELIA
0
5000
1 104
1.5 104
2 104
2.5 104
3 104
3.5 104
4 104
2.9 2.95 3 3.05 3.1 3.15 3.2
Inte
nsi
té (
ph
/sr/
eV
/tir
)
Energie (keV)
He#4
He#5
He#5
He#5
Be-like#4
Li-like#4
B-like#4
C-like#4K
45/41
CELIACELIA
Z/ZR
Rayo
n
0 10bord du jet
Z = 1.6 mm
46/41
CELIACELIA
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
-0.500.511.522.53
Z WAKE 20 barsZ WAKE 40 barsZ WAKE 60 barsZ 20 barsZ 40 barsZ 60 barsB
Pos
itio
n du
foy
er (
mm
)
Z (mm)
47/41
CELIACELIA
Effets de la durée de Effets de la durée de l’impulsionl’impulsion
• Émission X optimale pour une durée laser donnée
• Pas d'effet de chirp
2° Partie2° Partie ConclusionsConclusions PerspectivesPerspectives3° Partie3° PartieIntroductionIntroduction1° Partie1° Partie
4 °Partie4 °Partie
0
1 105
2 105
3 105
4 105
5 105
0 500 1000 1500 2000
Chirp > 0Chirp < 0
Inte
nsit
é H
e (
phot
ons/
sr/t
ir/e
V)
Durée laser (fs)
48/41
CELIACELIA
OmbroscopieOmbroscopie
• Calcul du dépôt Calcul du dépôt linéique à partir linéique à partir de l'évolution de l'évolution du rayon du du rayon du plasma plasma [12][12]
tE
frtr l
2/1
0
220 )()(
t = 10 ps
t = 1.1 ns
t = 6.3 ns
t = 10 ns
foyer sous videcentre du jet
5.9 mm
2.3
mm
Laser
[ 12] Zweiback et al. Phys. of Plasmas vol. 9 (2001), 3108
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes DispositifDispositif DynamiqueDynamiquePropagationPropagationModélisationModélisation
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
49/41
CELIACELIA
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
0
2 1018
4 1018
6 1018
8 1018
1 1019
1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2
Energie déposée (J.m-1)
Densité (at.cm-3)
En
ergi
e d
épos
ée (
J.m
-1)
Densité (at.cm
-3)
Position Z (mm)
0
20
40
60
80
100
120
140
10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7
Rayon du plasma (µm) à Z = 1.65 mm
Ray
on
du
pla
sma
(µm
)
Temps (s)
Calcul du dépôt d’énergieCalcul du dépôt d’énergie
El = (2.7 0.5) mJ.mm-1
r0 (30 8) µm (55 15) % de l'énergie totale
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes DispositifDispositif DynamiqueDynamiquePropagationPropagationModélisationModélisation
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
50/41
CELIACELIA
Modèle d’expansion Modèle d’expansion hydrodynamiquehydrodynamique
• Modèle d'expansion Modèle d'expansion de Haught & Polk de Haught & Polk [13][13]
• Hypothèses :Hypothèses :– Densité uniforme
– PCb << Phydro
– Énergie déposée dans les électrons instantanément thermalisés
RRagag(t) (t) Te(t) et ne(t)
Rmn
P
t
R
ii
tot 15
2
2
ee T
dt
dR
Rdt
dW
dt
dT 2
eEtW res
chauff
t
Ttdep ))((
2/1
2
)(
[13] Haught et al. Phys. Fluids 13 (1970), 273
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes DispositifDispositif DynamiqueDynamiquePropagationPropagationModélisationModélisation
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
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CELIACELIA
Simulations de spectresSimulations de spectres
• Code de simulation Code de simulation TRANSPEC TRANSPEC [14]
– Modèle collisionnel-radiatif
– Calcul du rayonnement X
– Description temporelle de l'émission
[14] Peyrusse Phys. Fluids B 4 (1992), 7
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes DispositifDispositif DynamiqueDynamiquePropagationPropagationModélisationModélisation
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
52/41
CELIACELIA
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
2.95 3.05 3.15
Edep=500Edep=1000Edep=1500Edep=2000
Inte
nsi
té X
(u
.a.)
Energie (keV)
RésultatsRésultats
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
3 3.04 3.08 3.12 3.16
tdep
= 500fs
tdep
= 250fs
tdep
= 100fs
tdep
= 15fs
expérience
Inte
nsit
é sp
ectr
e si
mul
és (
u.a
.)
Intensité expérimen
tale (u.a.)
Energie (keV)
IntroductionIntroduction MécanismesMécanismes DispositifDispositif DynamiqueDynamiquePropagationPropagationModélisationModélisation
ConclusionConclusionPerspectivesPerspectives
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CELIACELIA
Toto part en vacancesToto part en vacances
• Toto fait ses valisesToto fait ses valises– Ses chaussettes– Ses maillots– Sa bouée
• Toto fait du véloToto fait du vélo– Son short – Sa pompe à vélo