Le but de cette exp´erience a ´et´e de caract´eriser la propagation d’un faisceau d’´electrons cr´e´e par un laser d’intensit´e ≈ 1018 W/cm2 `a travers une cible comprim´ee par laser.
Cette exp´erience `a ´et´e r´ealis´ee au laboratoire LULI (Laboratoire d’Utilisation des Laser Intense, Ecole Polytechnique, France). La salle (MILKA) permet le couplage entre deux lasers. Le premier laser, est un laser Nd-Yag (λ = 1024 nm), d’´energie ≈ 800 J durant quelques nanosecondes. Il sera nomm´e laser nano . Le second laser Nd-Yag poss`ede une ´
energie inf´erieure (≈ 80 J) comprim´ee par technique CPA jusqu’`a une dur´ee d’impulsion d’une picoseconde. Il sera nomm´e laser pico . Le laser nano, focalis´e `a l’aide d’une lentille accol´ee `a une lame de phase [Lin 1995], sur une tache focale d’environ 140µm `a mi-hauteur (FWHM ; figure 3.11a et 3.11b) soit une intensit´e sur cible ≈ 1014 W/cm2 (´energie encercl´ee 80 %). L’interaction du laser nano avec la cible va cr´eer une onde de choc se propageant dans la cible. Cette onde de choc va augmenter la densit´e du milieu. Le laser pico quand `a lui est focalis´e, `a l’aide d’une parabole hors axe, sur une tache focale de 10 µm `a mi-hauteur (cf. figure 3.11cet3.11d) pour une intensit´e sur cible de ≈ 1018 W/cm2 (´energie encercl´ee 50 %). Le but de ce laser est de cr´eer le faisceau d’´electrons que nous allons ´etudier. Pour am´eliorer le contraste en intensit´e, permettant une meilleur efficacit´e de l’acc´el´eration du faisceau d’´electrons, nous avons plac´e un miroir plasma [Ziener 2003] sur le passage du laser pico (efficacit´e de conversion 50 %).
La cible utilis´ee lors de cette exp´erience est un cˆone de carbone (cf. figure 3.12a). Cette cible est compl´et´ee par deux d´epˆots de cuivre, un plac´e sur le cˆone et un plac´e en face arri`ere de la cible.
Dans le but de caract´eriser ce faisceau d’´electrons, plusieurs diagnostics ont ´et´e mis en place (cf. figure 3.12b). Le premier diagnostic est une mesure de pyrom´etrie (Streaked-optical-pyrometry ; SOP) [Omega 2014]. Il permet d’imager l’´emission optique `a l’int´erieur du cˆone de la cible. Cette ´emission est caract´eristique de l’expension d’un plasma cons´equence du d´ebouch´e de l’onde de choc dans la mati`ere. Le deuxi`eme diagnostic est un canon bremsstrahlung [Chen 2008a]. Il permet d’obtenir le spectre bremsstrahlung ´emis par les ´electrons chauds lors de leur travers´ee dans la mati`ere. L’exp´erience comptait un grand nombre de spectrom`etres : un spectrom`etre tronconique [Martinolli 2003], per- mettant d’observer les ´emissions des raies Kα1 et Kα2du cuivre ; un spectrom`etre HOPG
calibr´e en absolue, permettant d’observer les ´emissions des raies Kαet Kβ du cuivre et Kα
de l’argent. De plus, diff´erents imageurs ont ´et´e plac´es dans le but d’observer les ´emissions X de la cible. Le premier est le microscope Kirkpatrick-Baez [McEntaffer 2009] permettant l’observation des ´emissions des raies Kα et Kβ du cuivre (traceurs). Deux imageurs Kα
72 CHAPITRE 3: EXP ´ERIENCES
a) b)
c) d)
Figure 3.11: Param`etres laser de l’exp´erience3.4. a) Tache focale du laser nano avec lame de phase. b) Coupe radiale de la tache focale du laser nano . c) Tache focale du laser pico . d) Coupe radiale de la tache focale du laser pico .
a) b)
Figure 3.12: a) Sch´ema de la cible utilis´ee lors de l’exp´erience 3.4. b) Sch´ema global de l’exp´erience 3.4.
(section2.4.1), permettent d’imager l’´emission Kα du cuivre (imagerie du traceur dans le
cˆone et le traceur en face arri`ere). L’interaction du laser nano sur la cible va cr´eer un choc d´epla¸cant le traceur de cuivre `a l’int´erieur de la cible.
3.5
Exp´erience sur la production de forts champs magn´etiques
`
a l’aide d’une cible de type boucle irradi´ee par laser
nanoseconde
Le but de cette exp´erience a ´et´e de cr´eer un fort champ magn´etique `a l’aide d’une cible de type boucle de courant.
Cette exp´erience a ´et´e r´ealis´ee au laboratoire LULI. La salle est compos´ee de deux lasers. Un laser nano de dur´ee d’impulsion ≈ 1 ns est focalis´e sur une tache focale de 8 µm `a mi-hauteur (cf. figures 3.13a et 3.13b). L’intensit´e sur cible est de l’ordre de ≈ 1017W/cm2. La cible utilis´ee est compos´ee de deux disques reli´es par un fil en forme de
boucle. Un des deux disque poss`ede un trou en son centre. La focalisation du laser nano sur le disque non-trou´e va permettre l’acc´el´eration de deux populations : les ´electrons et les ions. Les ´electrons les plus ´energ´etiques peuvent atteindre le second disque cr´eant ainsi une diff´erence de potentiel entre les deux disques (reli´es par la boucle). Cette derni`ere va permettre la circulation d’un courant entre ces deux disques. Ce courant passant dans la boucle va cr´eer un champ magn´etique (cf. figure 3.14a). Dans le but de caract´eriser ce champ magn´etique (atteignant jusqu’`a quelques centaines de Tesla), plusieurs diagnostics ont ´et´e utilis´es lors de la premi`ere configuration (cf. figure3.14a). Le premier diagnostic est l’utilisation de trois sondes B-dot [Piejak 1997]. Ces sondes, permettent d’obtenir le champ magn´etique en un point de l’espace (elles poss`edent une bande passante de 2, 5 GHz pour une r´esolution temporelle ≈ 50 et ≈ 10 ps). Deux de ces B-dots sont unidirectionnelles, elles ont ´et´e plac´ees dans le but d’avoir le champ azimutal `a deux positions diff´erentes (sur deux axes). Le dernier B-dot est tri-dimensionnelle, il permet d’obtenir les champs magn´etiques suivant trois directions x, y et z. Le deuxi`eme diagnostic permettant d’obtenir une id´ee de la valeur du champ magn´etique est l’utilisation d’un faisceau sonde dans un cristal bir´efringent de quartz (ou de T.G.G.). Le champ magn´etique (cr´e´e par la boucle) va faire tourner la polarisation du laser sonde (rotation de Faraday section 2.3.2). Dans le but de connaˆıtre cette polarisation un cube polariseur de type Wollaston s´epare les projections suivant deux directions orthogonales ex et ey. Ces projections sont imag´ees,
sur une cam´era `a balayage de fente (cam´era Streak), permettant de suivre l’´evolution temporelle du changement de polarisation, et par une cam´era GOI, permettant d’obtenir une image 2D sur une dur´ee de l’ordre de la picoseconde. Le dernier diagnostic permet- tant de caract´eriser le champ magn´etique est la d´eflectom´etrie protonique (section 2.3.1). Ce diagnostic utilise le deuxi`eme laser de la salle d’exp´erience MILKA, le faisceau pico,