Analyse des mesures

A partir de ce résultat, nous voyons que le profil du faisceau n'est pas directement visible, puisque la diffusion des métastables engendre un élargissement du profil d'absorption. Toutefois, les profils obtenus sont centrés par rapport au centre du tube, ce qui est tout à fait réaliste par rapport à la détection optique (caméra CCD) de la position du centroïde du faisceau.

La seule différence entre les deux profils est la taille. En effet, cette dernière a été modifiée d'un facteur 2 entre la courbe rouge et la courbe bleue. Cette évolution peut être visible sur la partie centrale des faisceaux avec une taille de 10 mm pour la courbe rouge et un élargissement allant jusqu'à 20 mm pour la courbe bleue. Nous pouvons donc penser être en présence de la superposition du vrai profil de protons, et de la courbe de diffusion des métastables vers les parois.

Par contre, une structure aléatoire a été mise en évidence lors de ces mesures : des variations brutales d'absorption entre deux points de mesure espacés de seulement 2 mm. Ce phénomène est présent sur ces courbes, mais aussi sur toutes celles mesurées. Cette oscillation met en évidence un problème de mesure, car la variation brutale d'absorption observée n'est pas du tout physique. En effet, comme lors de l'utilisation des fils d'un profileur classique, le signal acquis par le laser est intégré sur la totalité du faisceau. Depuis le début, nous supposons que le faisceau est à symétrie de révolution, cela implique que la structure interne du faisceau s'il y en a une, ne peut qu'à son tour suivre cette symétrie. Le signal laser obtenu lors des mesures n'est autre qu'une valeur moyenne des structures rencontrées (figure VII.26). Ces dernières lui sont totalement imperceptibles.

Les oscillations détectées sont donc des erreurs de mesures liées à l'expérimentation. Toutefois, leurs origines restent à définir.

0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 Position (mm) Absorpt ion norm a li sée faisceau 20 mm faicseau 10 mm

Fig. VII.26 – Schéma représentant l'impossibilité des oscillations observées

sur les profils mesurés.

Suivant le chapitre précédent, la variation brutale d'un signal d'absorption dépend de différents paramètres : l'accord en longueur d'onde, l'intensité incidente I0, la densité des métastables produits et enfin la distance parcourue au sein du milieu absorbant.

GL'accord en longueur d'onde et l'intensité I0

La stabilité de ces deux variables est contrôlée par le montage expérimental précédemment présenté. Effectivement, ce dernier permet une vérification continue de l'accord en longueur d'onde, ainsi que le taux d'absorption par l'utilisation de la lampe spectrale. Les mesures ainsi présentées n'ont été retenues que dans des conditions stables d'accord et d'intensité. Ces variables ne peuvent donc pas être la cause d'une erreur expérimentale.

GLa densité de métastables produits

Cette quantité dépend de la densité de gaz injecté, ainsi que de l'intensité du faisceau. Lors des mesures, le débit de gaz injecté a été maintenu à une valeur constante, ainsi que l'intensité du faisceau. Ces deux paramètres ne sont donc pas à mettre en cause.

GLa longueur d'interaction

Ce paramètre est le dernier à prendre en considération pour des variations d'absorption en fonction de la position transverse. Afin que cette dernière fluctue, deux hypothèses sont possibles :

1. Variation de la taille du faisceau au cours des mesures

2. Nombre de passage supérieur à 1 et fluctuant en fonction de la position du laser La première hypothèse n'est pas possible car lors des mesures, l'intensité du faisceau est restée stable, ainsi que tous les éléments du transport du faisceau. Cela induit donc une impossibilité de fluctuation de la taille du faisceau.

Par contre la deuxième hypothèse est possible, le laser peut avoir de multiples passages au sein du milieu absorbant du fait de la "mauvaise" qualité optique des hublots. Des

Faisceau laser absorbé Vue transverse du

faisceau de protons ^{Structures internes}

réflexions sont tout à fait envisageables et ces dernières peuvent varier en fonction de la position du laser sur les hublots.

Au cours des études préalablement faites sur les plasmas, ce phénomène est déjà apparu et la solution apportée est une modification complète du chemin optique, afin d'arriver sur les hublots avec un angle d'incidence déterminé, pour limiter la possibilité de détection des réflexions parasites. En effet, il est aisé de concevoir que ces dernières soient plus facilement détectables avec un angle d'incidence de 90° par rapport à un autre angle connu. Cela devient un problème d'optique géométrique à résoudre !

Conclusion

Après avoir présenté l'aspect mécanique du profileur par absorption laser et les sécurités nécessaires lors de l'utilisation d'un laser, ce dernier a été décrit. En effet, le choix d'une diode laser couplée avec une cavité externe a semblé plus approprié à notre étude. Cette dernière peut émettre plusieurs longueurs d'onde, il a donc fallu mettre au point une instrumentation précise, afin de déterminer l'accord en longueur d'onde d'absorption : contrôle informatique du laser et utilisation de cellules gazeuses.

Suite à l'instrumentation, des premiers tests se sont déroulés sur le faisceau de protons de la source SILHI. Ces derniers ont levé le voile sur plusieurs difficultés expérimentales liées soit proprement au laser, soit à l'environnement extérieur de ce dernier. En effet, des variations de température, de champ électrique ou encore des vibrations ont des conséquences néfastes sur la qualité du laser en terme de stabilité de l'intensité ainsi qu'en fiabilité de l'accord de la longueur d'onde.

Des solutions apportées à ces divers problèmes ont permis des mesures fiables sur le faisceau de protons, de telles sortes que la variation linéaire de l'absorption en fonction de l'intensité du faisceau soit retrouvée. De plus, cette variation a lieu à des positions intérieures ou extérieures au faisceau. Cela prouve aussi l'existence prévue du phénomène de diffusion des métastables vers les parois.

Enfin, des mesures de profils ont pu être faites de manière manuelle sur un faisceau de protons pulsé. Des oscillations non physiques ont ainsi été mises en évidence. Ces dernières amèneraient à croire en l'existence de réflexions parasites sur les hublots, entraînant lors du déplacement transverse, à des variations brutales d'absorption correspondant à des fluctuations du nombre de parcours au sein même du plasma causé par l'angle d'incidence de 90°.

Références

[VII.1] : R. Gobin, Laser TEC 500 type Littman avec driver MLD 1000, Rapport interne,

Chapitre VIII