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Focaliser un faisceau d’électrons relativistes avec une lentille laser-plasma
Juin 2015
Des physiciens ont pour la première fois réduit la divergence d’un faisceau d’électrons relativistes issu d’un accélérateur laser-plasma grâce à une lentille plasma produite par la même impulsion laser que l’accélérateur. Les performances de cette collimation permettent d’envisager le couplage entre ces nouveaux accélérateurs laser-plasma et les lignes traditionnelles de transport d’électrons.
Le champ électrique créé par le passage d’une impulsion laser ultra-intense est assez fort pour accélérer des électrons à des vitesses relativistes sur une distance de quelques millimètres. L’un des freins au développement de ce nouveau type d’accélérateurs est la divergence du faisceau d’électrons relativistes produits, ce qui rend problématique leur transport jusqu’à leur cible. Des chercheurs du Laboratoire d’optique appliquée - LOA (CNRS/ENSTAParistech/École Polytechnique) viennent de démontrer expérimentalement la collimation d’un faisceau d’électrons issu d’un accélérateur laser-plasma à l’aide d’une lentille produite par le même type d’approche. Ces résultats ont été publiés dans la revue Nature Communications.
Pour ce travail, les physiciens ont fait interagir une impulsion laser intense dont l’énergie est de l’ordre du joule et d’une trentaine de femtosecondes de durée avec deux jets d’hélium gazeux qu’elle ionise et transforme en plasma.
Le plasma formé dans le premier jet constitue l’accélérateur : l’impulsion excite dans son sillage une cavité ionique, dans laquelle des électrons du plasma sont piégés puis accélérés sur une distance de quelques millimètres. À la sortie de cet accélérateur, ces électrons relativistes divergent avec une ouverture

Spectres résolus spatialement avec et sans lentille. La lentille permet de réduire la divergence par un facteur 2,6. L’échelle de couleur indique le nombre d’électrons par MeV et mrad.