Le XFEL est tiré transverse par rapport à la plume plasma, donc parallèle par rapport à la cible. Ce dernier est ainsi rasant avec celle-ci. Lorsque les tirs sont effectués à 5 Hz, la cible bouge grâce à l'utilisation de moteurs. Ceux-ci permettent de réaliser plusieurs dizaines de tirs à la suite dans le cadre de cette expérience. Cela correspond à une colonne le long de la cible. Le problème posé par le XFEL tiré parallèlement réside dans la planéité de la cible et dans la manière dont celle-ci est tenue en place dans la chambre. Afin d'éviter tout problème il convient de minimiser la surface avec laquelle le XFEL est susceptible d'interagir. Il faut que ce dernier ne touche que la plume ou l'impact sans traverser la cible solide auparavant.
Pour cela, la géométrie cylindrique avec le XFEL tangent à la cible permet d'éviter ce problème. La Figure 5.13 présente un schéma de la cible.
Comme visible, le cylindre de diamètre 2,54 cm (1 pouce) utilisé comporte une feuille d'épaisseur e = 25 µm de Vanadium. D'un point de vue mécanique, le cylindre est composé d'aluminium où est collée la cible. Cela permet de réutiliser les cylindres après chaque salve de tirs. Comme indiqué sur le schéma, environ 60 tirs peuvent être réalisés par colonne. L'homogénéité de la cible étant moins bonne au niveau des bords supérieurs et inférieurs, les tirs sont réalisés dans la partie centrale du cylindre, comme montré sur la Figure 5.13. Environ 80 colonnes sont disponibles par cible permettant d'atteindre un nombre théorique de tirs par cylindre de 4 800.
Figure 5.13 : Schéma explicatif sur le design de la cible cylindrique.
La cible est placée sur 4 axes. X, Y, Z et q. X et Y permettent tous les 2 d'ajuster la position du XFEL et du laser optique l'un par rapport à l'autre. Z règle la hauteur, donc le positionnement des tirs. Finalement q permet de modifier la colonne en faisant tourner le cylindre.
Un défaut peut être trouvé à ce design. Il s'agit de 2 axes qui se règlent manuellement. Ils correspondent à la verticalité de la cible. Ce réglage est nécessaire pour chaque cylindre car ce dernier est posé sur une base magnétique comprenant donc du jeu. La Figure 5.14 montre un des axes concernés. Le second est le même tourné d'un angle de 90°.
L'angle a correspond à la non-verticalité du cylindre par rapport à la table optique de la chambre expérimentale. Le schéma est évidemment amplifié pour montrer le phénomène. Le souci causé par cette non-verticalité est le décalage progressif du laser et du XFEL par rapport à la cible. Ainsi, si le début d'une colonne est aligné, il n'en est pas forcément de même pour la fin. Afin de s'assurer du bon fonctionnement, chaque colonne était vérifiée de bas en haut avant de lancer la séquence de tir. De même, pour s'assurer de la bonne tenue de la stabilité, un diagnostic spectroscopique était mis en place. Sa description est réalisée dans le paragraphe dédié et les résultats présentés.
Ce problème, bien que n'ayant aucune influence sur les phénomènes mesurés ou les résultats finaux, doit être repensé pour de futures expériences. La perte de temps et parfois de tirs, engendrée par le réalignement, est gênante. Cependant, aucune solution géométriquement simple ne peut répondre à cette demande. Des études mécaniques poussées sont nécessaires pour résoudre ce problème.
Trois autres éléments reliés à la géométrie sont présentés sur la Figure 5.13. • Comme déjà précisé, le LCLS est tiré en mode HXRSS tangent à la cible.
• Le laser optique est, lui, utilisé en suivant un angle de 45° pour éviter une réflexion et un retour d'une partie de l'impulsion dans la chaîne laser. Cependant, ce procédé n'a pas toujours fonctionné durant l'expérience. En effet, plusieurs fois, des dégâts ont été occasionnés par une réflexion arrière. Les raisons d'une telle réflexion ne sont pas comprises. Bien que la cible soit cylindrique, elle peut être considérée comme plane localement au vu de la petite taille de la tache laser en comparaison du rayon du cylindre (quelques centimètres). Des tests doivent être effectués en vue de futures expériences. • La plume est, quant à elle, générée selon l'angle normal à la cible, 90°.
En résumé, la géométrie cylindrique est l'une des plus adaptées à ce type d'expériences. Elle a globalement bien fonctionné ici. Mais, malgré cette réussite, des détails restent à régler pour améliorer l'alignement très précis et éviter la réflexion du laser dans la chaîne.
Une option pourrait provenir de l'utilisation d'une bande selon le même principe qu'une pellicule dans un projecteur de cinéma. Cette bande se déroulerait durant les tirs. La cible serait alors totalement plate et légèrement pivotée de quelques degrés. Cela permettrait de garder une incidence du XFEL quasi tangentielle sans risquer de percer la feuille avant la zone d'impact laser. Par ailleurs, un tel design permettrait de tirer plus que 60 tirs avant de devoir vérifier l'alignement à cause d'un changement de colonne. Des centaines voire des milliers de tirs consécutifs seraient alors accessibles. Cela permettrait de gagner un temps précieux et d'obtenir des signaux de qualité encore meilleure.
Maintenant que la cible est présentée et que la géométrie générale est expliquée, il est capital de cerner le défi d'implémentation des optiques de transport et d'imagerie dans la chambre.