Images X Kα et XUV. Aspects g´ eom´ etriques

Exp´erience LULI

La figure 4.24 montre, dans le cas de l’exp´erience LULI, des exemples de la tache X Kα du titane et de l’´emission XUV. Les images X (`a gauche dans la figure) ont

´

et´e obtenues avec des cibles multicouches Al-Ti (20µm)-Al(10µm) o`u l’´epaisseur de la couche de propagation d’aluminium ´etait de 2 et de 110µmrespectivement. Les images XUV (`a droite) se r´ef`erent `a des cibles d’aluminium simple d’´epaisseur ´egale `a 2 et 27µm respectivement.

Comme on peut l’observer, le diam`etre de la tache croˆıt avec l’´epaisseur. Cette tendance peut ˆetre mieux appr´eci´ee si on trace le rayon (`a mi-hauteur) de la tache en fonction de l’´epaisseur de la couche de propagation pour des tirs `a ´energie comparable (figure 4.25). Dans le cas des images Kα le rayon croˆıt de mani`ere approximativement lin´eaire de 30µm’`a 80µm, pour une couche frontale d’aluminium jusqu’`a 110µm. Cela correspond `a un angle moyen de divergence de ±26 degr´es. Il est int´eressant de noter que mˆeme pour les cibles les plus minces, le diam`etre de la tache Kα est 2−3 fois plus grand de la tache focale du laser, o`u les ´electrons sont acc´el´er´es. L’interpr´etation de ce comportement n’est pas clairement ´etablie et deux sc´enarios ont ´et´e propos´es :

– une divergence initiale du faisceau importante, en raison de l’enfoncement pond´eromoteur de la surface o`u les ´electrons sont acc´el´er´es. Le champ magn´etique

compense-rait ensuite cette ouverture initiale, en donnant lieu `a la plus petite divergence moyenne observ´ee.

– un processus de diffusion radiale des ´electrons sur la surface avant de la cible⁵; Au chapitre 5, nous allons ´evaluer l’effet sur le transport, d’une divergence angulaire initiale importante, `a l’aide des simulations num´eriques.

Dans le cas des cibles multicouches du type Al (10µm) - CH (20,50,200µm) - Ti (20µm)- Al (10µm), nous avons observ´e une divergence angulaire moyenne similaire `a celle obtenu avec les cibles Al-Ti-Al, comme il est montr´e en figure 4.26.

L’´emission XUV n’est visible que jusqu’`a 30µm d’´epaisseur d’aluminium simple, avant de disparaˆıtre dans le bruit de fond, . Aucun signal XUV n’a ´et´e d´etect´e avec les cibles multi-couches. La rayon de la tache XUV est de l’ordre de 30µm (en moyenne) et semble varier peu avec l’´epaisseur, comme on peut le voir dans la figure 4.27. On a observ´e que, pour la mˆeme ´epaisseur de la couche de propagation, les deux diagnostics indiquent une taille similaire.

5M.H. Key, communication priv´e

27 micron

255 0

XUV

XK ααα α 2 µµµµ m 2 µµµµ m

110 µµµµ m 27 µµµµ m

Fig.4.24 – Images de la tache d’´emission. A gauche : ´emission XKαde la couche de titane dans deux cibles Al-Ti-Al pour deux ´epaisseurs de la couche frontale d’aluminium. A droite : image XUV de la face arri`ere de deux cibles d’aluminium simple d’´epaisseur diff´erente.

4.6 R´esultats exp´erimentaux

0 25 50 75 100 125

0 25 50 75 100 125

Epaisseur Al (µm) Rayon tache Kα (µm)

Fig. 4.25 – Rayon de la tache d’´emission Kα du titane en fonction de l’´epaisseur de la couche de propagation, pour des cibles Al-Ti-Al.

0 50 100 150 200 250

0 50 100 150 200 250 300 350

Rayon tache Kα (µm)

Epaisseur x (µm)

Al-xCH-Ti-Al

xAl-Ti-Al

Fig. 4.26 – Rayon de la tache d’´emission Kα en fonction de l’´epaisseur de la couche de propagation de plastique, (cibles du type Al-CH-Ti-Al), ou d’aluminium (cibles du type Al-Ti-Al).

Epaisseur Al (µm)

0 10 20 30 40 50 60

0 5 10 15 20 25 30

Rayon tache XUV (µm)

Fig. 4.27 – Rayon de la tache ´emission XUV en fonction de l’´epaisseur de la cible (Al simple).

Les cibles incluant une couche plastique ont permis d’estimer l’angle de d´eviation des ´electrons rapides par rapport `a l’axe du laser, de la mani`ere suivante. Pour ce type de cibles les images XKα montraient une deuxi`eme tache l´eg`erement d´ecal´ee par rapport `a la tache Kα: cette tache secondaire correspond `a l’´emission de Bremsstrah-lung de la couche d’interaction d’aluminium et se distingue de l’autre en raison de la pr´esence de la couche plastique (voir figure 4.28). Le d´ecalage entre les deux taches d´epend de l’angle d’observation du diagnostic (30 degr´es) et de l’´eventuelle d´eviation du faisceau d’´electrons par rapport `a l’axe. Le faisceau d’´electrons pr´esente d’un tir `a l’autre une d´eviation al´eatoire par rapport `a l’axe (≤30^◦).

4.6 R´esultats exp´erimentaux

Fig. 4.28 – La d´eviation angulaire de l’´emission Kα par rapport `a l’axe laser peut se mesurer en consid´erant son d´ecalage par rapport au signal de bremsstrahlung issu de la couche frontale d’aluminium : a) principe, b) image d’exemple (le signal de bremsstrahlung est indiqu´ee), c) diagramme polaire de l’angle de d´eviation (α) par rapport `a l’axe laser obtenu pour diff´erents tirs.

Exp´erience RAL

Pour ce qui concerne les r´esultats obtenus au RAL, le rayon de la tache Kα du cuivre (cibles Al-Cu-Al) pr´esente le mˆeme comportement qu’au LULI en fonction de l’´epaisseur de la couche de propagation d’aluminium, avec un rayon minimum de l’ordre de 35−40µmet un angle moyen de divergence de±20 degr´es. Les valeurs observ´ees du rayon dans les deux exp´eriences sont compar´ees dans la figure 4.29. L’´emission XUV est visible pour des cibles de plus grandes ´epaisseurs (∼100µm), par rapport au tirs du LULI, ce qui est peut-ˆetre la signature d’un chauffage plus en profondeur. Comme pour les tirs du LULI, la taille de l’´emission XUV est comparable `a celle obtenue par les Kα.

Si on compare, pour le mˆeme tir, l’´emission XUV et XKα, on observe que assez ra-rement les deux taches pr´esentent la mˆeme forme. Plus souvent la tache XUV apparaˆıt irr´eguli`ere, avec plusieurs points chauds, tandis que la Kα demeure ”compacte”. Pour

´

etudier plus en d´etail ce ph´enom`ene de ”filamentation”, nous avons effectu´e quelques tirs d’essai sur des cibles Al-Cu-Al en augmentant l’´epaisseur de la couche finale d’alu-minium (50 ou 100µmau lieu de 15−20µm), en conservant les mˆemes ´epaisseurs pour

0 50 100 150 200 250 300

0 100 200 300 400 500 600

Rayon émission Kα (µm)

Epaisseur Al (µm) RAL (30-40J,1ps) LULI

(10J,350fs)

Fig. 4.29 –Rayon de l’´emissionKαen fonction de l’´epaisseur de la couche de propagation d’aluminium, pour les exp´eriences du LULI (Al-Ti-Al) et du RAL (Al-Cu-Al).

les autres couches. La filamentation observ´ee sur l’image XUV devient nettement plus visible lorsque l’´epaisseur de la couche finale est plus grande (100µm `a la place de 15−20µm) , comme on l’observe dans la figure 4.30. Ce ph´enom`ene n’est pas du tout visible pour des cibles monocouche d’aluminium. Cela sugg`ere que la propagation du faisceau est perturb´ee `a la travers´ee de l’interface Cu-Al : le courant d’´electrons initia-lement compacte se d´esagr`ege en filaments, qui se s´eparent au fur et `a mesure lors de la travers´ee de la couche finale. Ce comportement `a l’interface est dˆu `a la discontinuit´e de la conductivit´e du milieu et ´eventuellement `a la pr´esence d’une couche isolante due

`

a la colle entre les deux conducteurs et distribu´ee sur la surface de contact de mani`ere inhomog`ene. Cette discontinuit´e n’est pas pr´esente, en revanche, entre la couche d’alu-minium frontale et celle de cuivre, car ces deux couches ´etaient ”li´ees” thermiquement (thermal bond). Un ph´enom`ene similaire de filamentation a ´et´e ´egalement observ´e dans les images Kα, lorsque la cible avait comme couche de propagation du plastique (cibles Al-CH-Cu-Al). Ici, l’´emission X Kα ´etait tr`es large (> 500µm) et pr´esentait des points chauds superpos´es `a un ”plateau” assez uniforme et moins intense (figure 4.31). Une explication qualitative possible peut ˆetre encore une fois la filamentation du faisceau d’´electrons due aux ph´enom`enes d’instabilit´es (voir chapitre 2) li´es `a la pro-pagation dans la couche plastique initialement isolante (instabilit´e ´electro-thermique).

Nous reviendront sur ces aspects dans le cinqui`eme chapitre.

4.6 R´esultats exp´erimentaux

0 50 100 150 200 250

100 µ m

440 880 1320 1760

100 µ m

Kααα α XUV

Al 100 µm Cu 20 µm Al 100 µm Laser

Tache compacte

Points chauds

Fig. 4.30 – L’´emission XUV pr´esente souvent des points chauds tandis que le signal X Kα correspondant au mˆeme tir montre une tache unique et compacte. Ce ph´enom`ene est d’autant plus marqu´e que la couche finale d’aluminium est plus ´epaisse.

0 50 100 150 200 250

600 µm

K α Points chauds

Fig. 4.31 – Image Kα d’une cible Al 11µm-CH 300µm-Cu 25µm-Al 16µm. Plusieurs points chauds sont visibles, t´emoignant d’une filamentation du faisceau d’´electrons rapides traversant la couche fluorescente.