Dans le domaine des lasers de puissance, les appareils de mesure sont appel´es diag- nostics. Ils sont le fruit d’un d´eveloppement pouss´e car ils doivent fonctionner dans des conditions difficiles : projection de d´ebris, pr´esence de rayonnement X, ´emission de neu- trons... Le diagnostic fondamental de toutes nos exp´eriences est un imageur X multi- st´enop´es, appel´e ”X-ray framing camera” en anglais. C’est `a l’aide de cet appareil coupl´e `
a une source de radiographie que nous avons mesur´e les variations de densit´e surfacique des cibles induites par les instabilit´es hydrodynamiques. La partie qui suit pr´esente son fonctionnement ainsi que celui des autres principaux diagnostics utilis´es lors de nos exp´e- riences.
3.2.1
X-Ray Framing Camera (XRFC)
Le diagnostic principal de nos exp´eriences ´etait un imageur X multi-st´enop´e ou ”X- Ray Framing Camera” (XRFC). Le d´etail de la composition des XRFC est repr´esent´e en figure 3.3. Cette cam´era est utilis´ee coupl´ee `a une source de radiographie : les rayons X ´
emis par la source de radiographie traversent l’objet d’int´erˆet puis sont mesur´es par la XRFC. Un ensemble de st´enop´es permet de s´electionner plusieurs images de l’objet avec une r´esolution qui d´ependra du diam`etre des st´enop´es. En revanche, un st´enop´e plus petit r´eduit la quantit´e de rayons X et donc le niveau du signal. Les rayons X sont ensuite ab- sorb´es par une photocathode qui les convertit en ´electrons. Ces photo´electrons atteignent alors une galette de microcanaux (GMC) [77]. La GMC est compos´ee d’un ensemble de petits tubes, les microcanaux, qui la traversent ; ces microcanaux sont recouverts en entr´ee et en sortie d’une fine couche d’or. On applique une diff´erence de potentiel entre ces deux couches ; ainsi, lorsqu’un photo´electron frappe la couche d’entr´ee, il produit plusieurs ´elec- trons qui sont acc´el´er´es le long du microcanal. En sortie, ces ´electrons frappent `a nouveau une couche d’or et un nombre plus grand encore d’´electrons est donc produit. On d´esire mesurer l’´evolution temporelle des ph´enom`enes d’instabilit´es hydrodynamiques : il faut donc que l’activation ´electrique de l’amplification de la GMC soit limit´ee dans le temps, `a des p´eriodes pas plus grandes que les temps caract´eristiques d’´evolution des ph´enom`enes observ´es (de l’ordre d’une centaine de ps pour les instabilit´es hydrodynamiques). Dans le cas contraire, on obtiendrait des images de l’´evolution des ph´enom`enes int´egr´ees en temps et donc quasiment impossibles `a analyser. C’est donc la GMC qui fixe la r´esolution temporelle. Pour ce faire, des impulsions de quelques dizaines ou quelques centaines de ps (cr´e´ees par avalanche dans une jonction p-n polaris´ee en inverse [78]) sont envoy´ees dans la GMC. Pour les XRFC utilis´ees sur OMEGA, les GMC sont s´epar´ees en 4 bandes, reli´ees `
a une source d’impulsion diff´erente chacune, ce qui permet de r´ealiser des mesures `a 4 instants diff´erents ind´ependants. Dans le cadre de nos exp´eriences, 2 ou 4 images peuvent ˆ
etre form´ees sur chaque bande, selon l’utilisation d’un r´eseau de 8 ou 16 st´enop´es. Les ´
electrons en sortie de la GMC atteignent ensuite une plaque de phosphore, sur laquelle l’image ´electronique form´ee est convertie en lumi`ere, qui forme enfin l’image d´efinitive sur un film ou une CCD. Quatre XRFC sont disponibles sur OMEGA et OMEGA EP : une XRFC rapide avec une r´esolution temporelle courte de 50 ps (XRFC 1), 3 autres poss`edant des r´esolutions temporelles plus longue de 200 ps `a 1 ns (XRFC 3, 4 et 5). Les r´esolutions temporelles correspondent `a la dur´ee de l’impulsion qui parcourt la MCP. Divers filtres peuvent ˆetre utilis´es pour optimiser la bande spectrale que l’on veut d´etec- ter. Diff´erents nez d’imagerie sont aussi disponibles, permettant d’obtenir jusqu’`a plus de 30 images et d’atteindre des grandissements de 25. Lors de nos exp´eriences, l’´energie des rayons X mesur´es par les XRFC ´etait d’environ 1,3 keV `a 2,5 keV.
+ - Rayons X Réseau de sténopés Photocathode Galette de microcanaux Plaque de phosphore Film ou CCD Photoélectrons Electrons multipliés Photons
Figure 3.3 – D´etail en vue ´eclat´ee de la composition d’une XRFC.
3.2.2
Imageur X coupl´e `a une cam´era `a balayage de fente (SSCA)
Lors de certaines de nos exp´eriences, nous avons utilis´e des cam´eras `a balayage de fente (CBF). Ce type de cam´era permet d’obtenir des images 1D r´esolues continuellement en temps, contrairement aux cam´eras `a images int´egrales comme la XRFC qui mesurent une image 2D sur un intervalle de temps donn´e. Sur une image obtenue par une CBF, le temps est en abscisse et la quantit´e mesur´ee (espace, puissance laser, ´energie de photons, ...) en ordonn´ee. Le d´etail du fonctionnement d’une CBF utilis´ee comme imageur est repr´esent´e en figure 3.4. Les rayons X, provenant d’une source de radiographie ou de l’´emission propre d’une cible, sont filtr´es par deux fentes, une de r´esolution spatiale, ce qui donne une image mono-dimensionnelle, et une de r´esolution temporelle. Comme pour la XRFC, les rayons X rencontrent ensuite une photocathode qui produit des photo´electrons. Ces ´electrons sont acc´el´er´es puis passent ensuite entre deux plaques de d´eviation ; une diff´erence de potentiel variable temporellement V(t) est impos´ee entre les deux plaques. La tension va d´ecroˆıtre lin´eairement, modifiant continuellement la d´eviation des photo´electrons. Si ces derniers ont ´
et´e ´emis `a des temps diff´erents, ils iront frapper une plaque de phosphore `a des endroits diff´erents. La plaque de phosphore ´emettra des photons qui formeront une image sur le syst`eme de d´etection final coupl´e `a la CBF. La CBF que nous avons utilis´e sur OMEGA est la ”X-Ray Streak Camera A”, nomm´ee SSCA. Plusieurs param`etres sont `a choisir sur la SSCA : le grandissement (fix´e par l’´ecart entre la fente et la photocathode), la r´esolution spatiale (fix´ee par la taille de la fente), la vitesse de balayage (qui d´epend de la vitesse de d´ecroissance du voltage des plaques de d´eviation), le mat´eriau de la photocathode,
Rayons X Objet à deux instants Fente de résolution temporelle Photo- cathode Plaque de phosphore - + Plaques de déviation t1 Photons V(t) Photoélectrons t x Détecteur t2 Fente de résolution spatiale
Figure 3.4 – D´etail en vue ´eclat´ee de la composition d’une cam´era `a balayage de fente.
diff´erents filtrages si besoin, ... Par exemple, le r´eglage de la vitesse de balayage permet d’avoir une fenˆetre temporelle de 2, 4 ou 9 ns. La SSCA peut ˆetre utilis´ee avec un faisceau de ”fiducial” `a 4ω (263 nm) qui permet une calibration temporelle absolue. Lors de nos exp´eriences, nous avons utilis´e la SSCA pour d´etecter des rayons X d’´energie comprise entre 1 et 2 keV.
3.2.3
Diagnostics laser
Sur OMEGA, au niveau du F-ASP, 4 % de l’´energie laser est pr´elev´ee pour ˆetre ana- lys´ee par un ensemble de diagnostics. 4 % de l’´energie pr´elev´ee est ensuite dirig´ee vers une sph`ere d’int´egration, coupl´ee `a un spectrom`etre et une cam´era CCD. Cet ensemble permet de mesurer pr´ecis´ement la puissance des 0,16 % d’´energie pr´elev´ee et donc la puissance totale du faisceau. Une autre partie de l’´energie pr´elev´ee est dirig´ee vers une CBF appel´ee P510 qui permet de mesurer la forme temporelle de l’impulsion. Pour finir, un syst`eme appel´e ”OMEGA Transport Instrumentation System” permet de mesurer pr´ecis´ement la transmission des optiques de fin de chaˆıne (miroirs, DPP, lentille de focalisation, hublot `
a vide et bouclier `a d´ebris). A l’aide de tous ces diagnostics, l’´energie qui atteint la cible et la forme de l’impulsion peuvent ˆetre mesur´ees pr´ecis´ement.
3.2.4
Diagnostics fixes
Deux types de diagnostics fixes ont ´et´e particuli`erement utiles lors de nos exp´eriences, le premier ´etant le ”Full-Aperture Backscatter Station” (FABS). Deux FABS sont install´es sur OMEGA, au niveau des faisceaux 25 et 30. Ils r´ecup`erent l’´energie ´emise depuis la TC `a travers les hublots des deux faisceaux. Ces diagnostics montrent leur utilit´e dans les exp´eriences o`u se d´eveloppent des instabilit´es param´etriques. Ils comprennent une par- tie d´edi´ee `a la diffusion Raman stimul´ee (400 nm < λ < 700 nm) et une `a la diffusion Brillouin stimul´ee (350 nm < λ < 352nm). Chaque partie est compos´ee d’un calorim`etre qui permet de mesurer la quantit´e d’´energie r´etrodiffus´ee dans la gamme spectrale cor- respondant et d’une CBF ROSS utilis´ee en spectrom`etre. Les CBF permettent donc de mesurer l’´evolution temporelle du spectre d’´energie retrodiffus´ee. Les deux spectres sont ensuite accol´es l’un `a l’autre. Les r´esolutions spectrales et temporelles sont respectivement 0,04 nm et 80 ps pour le Brillouin et de 9 nm et 100 ps pour le Raman. La barre d’erreur sur l’´energie mesur´ee par les calorim`etres est de 5 `a 10 %.
L’autre type de diagnostic fixe utilis´e lors de tous nos tirs est la ”X-Ray Pinhole Camera” (XRPHC). Ces cam´eras sont au nombre de 6 sur OMEGA et 3 sur OMEGA EP. Elles permettent d’obtenir une image 2D int´egr´ee en temps du centre de la TC. Elles montrent une grande utilit´e pour imager le spot des faisceaux qui ´emet sur les diff´erentes cibles, et ainsi d’en v´erifier la bonne illumination. Les XRPHC sont compos´ees d’un st´enop´e de 10 µm situ´e `a 17 cm de l’objet point´e. La distance entre le st´enop´e et le d´etecteur est de 68 cm induisant un grandissement d’un facteur 4.