C.1 Imagerie XK α et XUV Aspects géométriques

La figure 3.8 montre, dans le cas de l’expérience LULI, des exemples de la tache XKα du titane et de l’émission XUV. Les images X (à gauche dans la figure) ont été obtenues avec des cibles multicouches Al (2 à 110 µm) - Ti (20 µm) - Al (10 µm). Les images XUV (à droite) se réfèrent à des cibles d’aluminium simple d’épaisseur de 2 et 27 µm respectivement.

Comme on peut l’observer, le diamètre de la tache croît avec l’épaisseur. Cette tendance peut être mieux appréciée si on trace le rayon (à mi-hauteur) de la tache en fonction de l’épaisseur de la couche de propagation pour des tirs à énergie comparable (figure 3.9). Dans le cas des images Kα de LULI le rayon croît de manière approximativement linéaire de 30 µm à 80 µm, pour une couche frontale d’aluminium jusqu’à 110 µm. Cela correspond à un angle moyen de divergence de ± 26 degrés.

Figure 3.8. Images de la tache d’émission. A gauche : émission X Kα de la couche de titane dans deux cibles Al-Ti-Al pour deux épaisseurs de la couche frontale d’aluminium. A droite : image XUV

de la face arrière de deux cibles d’aluminium simple d’épaisseur différente.

Il est intéressant de noter que même pour les cibles les plus minces, le diamètre de la tache Kα est 2 - 3 fois plus grand de la tache focale du laser, où les électrons sont accélérés. L’interprétation de ce comportement n’est pas clairement établie et deux scénarios ont été proposés :

– une divergence initiale du faisceau importante, en raison de l’enfoncement pondéromoteur de la surface où les électrons sont accélérés. Le champ magnétique compenserait ensuite cette ouverture initiale, en donnant lieu à la plus petite divergence moyenne observée.

– un processus de diffusion radiale des électrons sur la face avant de la cible.

Figure 3.9. Rayon de l’émission Kα en fonction de l’épaisseur de la couche de propagation d’aluminium, pour les expériences du LULI (Al-Ti-Al) et du RAL (Al-Cu-Al).

Pour ce qui concerne les résultats obtenus au RAL, le rayon de la tache Kα du cuivre (cibles Al-Cu-Al) présente le même comportement qu’au LULI en fonction de l’épaisseur de la couche de propagation d’aluminium, avec un rayon minimum de l’ordre de 35-40 µm et un angle moyen de divergence de ± 20 degrés. Les valeurs observées du rayon dans cette expérience sont également montrées dans la figure 3.9.

Dans le cas des cibles multicouches du type Al (10 µm) - CH (20, 50, 200 µm) - Ti (20 µm)- Al (10 µm) la divergence angulaire moyenne observée est similaire à celle obtenu avec les cibles Al-Ti-Al.

L’émission XUV au LULI n’est visible que jusqu’à 30 µm d’épaisseur d’aluminium simple, avant de disparaître dans le bruit de fond. Aucun signal XUV n’a été détecté avec les cibles multicouches. Le rayon de la tache XUV est de l’ordre de 30 µm (en moyenne) et semble varier peu avec l’épaisseur, comme on peut le voir dans la figure 3.10. Les observations montrent que, pour la même épaisseur de la couche de propagation, les deux diagnostics (XUV et Kα) indiquent une taille similaire.

Figure 3.10. Rayon de la tache émission XUV en fonction de l’épaisseur de la cible (Al simple).

L’émission XUV au RAL est visible pour des cibles de plus grandes épaisseurs (∼100 µm), par rapport aux tirs du LULI, ce qui est peut-être la signature d’un chauffage plus en profondeur. Comme pour les tirs du LULI, la taille de l’émission XUV est comparable à celle obtenue par les Kα.

En comparant, pour le même tir, l’émission XUV et X Kα, on observe que assez rarement les deux taches présentent la même forme. Plus souvent la tache XUV apparaît irrégulière, avec plusieurs points chauds, tandis que la Kα demeure compacte (figure 3.11).

Pour étudier plus en détail ce phénomène de ”filamentation”, quelques tirs d’essai ont été effectués sur des cibles Al-Cu-Al en augmentant l’épaisseur de la couche finale d’aluminium (50 ou 100 µm au lieu de 15-20 µm), en conservant les mêmes épaisseurs pour les autres couches. La filamentation observée sur l’image XUV devient nettement plus visible lorsque l’épaisseur de la couche finale est plus grande (100 µm à la place de 15-20 µm).

Ce phénomène n’est pas du tout visible pour des cibles monocouche d’aluminium. Cela suggère que la propagation du faisceau est perturbée à la traversée de l’interface Cu-Al : le courant d’électrons initialement compacte se désagrège en filaments, qui se séparent au fur et à mesure lors de la traversée de la couche finale.

Ce comportement à l’interface est dû à la discontinuité de la conductivité du milieu et éventuellement à la présence d’une couche isolante due à la colle entre les deux conducteurs et distribuée sur la surface de contact de manière inhomogène. Cette discontinuité n’est pas présente, en revanche, entre la couche d’aluminium frontale et celle de cuivre, car ces deux

Figure 3.11. L’émission XUV présente souvent des points chauds tandis que le signal X Kα

correspondant au même tir montre une tache unique et compacte. Ce phénomène est d’autant plus marqué que la couche finale d’aluminium est plus épaisse.

Un phénomène similaire de filamentation a été également observé dans les images Kα, lorsque la cible avait comme couche de propagation du plastique (cibles Al-CH-Cu-Al). Ici, l’émission X Kα était très large (> 500 µm) et présentait des points chauds superposés à un ”plateau” assez uniforme et moins intense (figure 3.12).

Figure 3.12. Image Kα d’une cible Al 11 µm-CH 300 µm-Cu 25 µm-Al 16 µm. Plusieurs points chauds sont visibles, témoignant d’une filamentation du

faisceau d’électrons rapides traversant la couche fluorescente.

Une explication qualitative possible peut être encore une fois la filamentation du faisceau d’électrons due aux phénomènes d’instabilités liés à la propagation dans la couche plastique initialement isolante (instabilité électrothermique).