Spectres X Kα

Nous consid´erons ici plus particuli`erement les spectres obtenus avec le spectrom`etre `

a cristal conique lors de l’exp´erience du RAL (mon apport personnel dans ces exp´eriences). Nous avons choisi cette s´erie de r´esultats car, grˆace `a un syst`eme d’´ecrantage du rayon- nement parasite plus efficace, nous avions un bien meilleur rapport signal/bruit, par rapport `a l’exp´erience du LULI. Notamment, le bruit de fond dominant dans les images ´etait le bruit intrins`eque du film (fog) et non pas le bruit dˆu `a la fluorescence, li´e `a l’´energie laser. Nous avons enregistr´e les images de spectres pour une s´erie de cibles d’aluminium simple et une s´erie de cibles multicouches de type Al-Cu-Al (et Al-CH- Cu-Al). Chaque image a ´et´e ensuite int´egr´ee le long de l’axe spatial, pour obtenir un seul profil spectral.

Nous nous limitons ici `a pr´esenter les r´esultats de mani`ere qualitative, en discutant les caract´eristiques des spectres observ´es. Dans le chapitre 5, nous allons ´etudier en d´etails ces r´esultats et nous allons en d´eduire des informations importantes sur le faisceau d’´electrons rapides et sur le chauffage qu’ils induisent dans la cible.

Cibles multicouches

Pour illustrer les diff´erentes raies d´etect´ees, nous pr´esentons, dans la figure 4.34, un spectre obtenu sur une cible `a bicouches Cu-Al. Le pic tr`es intense `a gauche dans ces images correspond `a la raie Kα froide (8.3396˚A) de l’aluminium. Les raies ”chaudes”, d´ecal´ees vers les petites longueurs d’onde se situent `a droite du pic. La premi`ere raie

4.6 R´esultats exp´erimentaux 0 1 105 2 105 3 105 7600 7800 8000 8200 8400 mA froide 5+ 6+ Aluminium Kα Cuivre Kα 1 2 mÅ

Fig. 4.34 – Spectre obtenu pour une cible Cu (25µm)-Al (16µm). A gauche : raie Kα froide et raies d´ecal´ees (”chaudes”) de l’aluminium. A droite : double pic Kα du cuivre (r´efl´echi au cinqui`eme ordre). Energie dans la tache focale ≈ 25J .

d´ecal´ee est la 5+ ou oxygen-like (8.269˚A), qui correspond `a un ´etat d’ionisation initial 4+. La deuxi`eme, `a peine visible dans les cibles les plus minces, est la nitrogen (8.203˚A). A droite, on peut observer le double pic de la raie Kα du cuivre (7.7031 et 7.7222˚A, ∆λ ≈ 19m˚A), r´efl´echie au cinqui`eme ordre par le cristal KAP. La pr´esence du pic du cuivre permet une calibration spectrale pr´ecise. En outre, les deux pics du cuivre ´etant bien r´esolus, on peut v´erifier que la r´esolution spectrale (λ/∆λ)exp est sup´erieure `a 500, et correspond aux pr´evisions des caract´eristiques du spectrom`etre.

Dans la figure suivante 4.35 nous pr´esentons une s´erie de spectres obtenus sur cibles tricouches Al-Cu-Al, pour diff´erentes ´epaisseurs de la couche de propagation d’alu- minium (11, 40, 100µm). Les images correspondent `a une partie agrandie du spectre autour de la raie Kα de l’aluminium. En g´en´eral, la raie Kα froide est visible mˆeme pour des ´epaisseurs tr`es importantes (500µm de couche de propagation) tandis que la 5+ n’est visible que jusqu’`a une valeur de 130µm et disparaˆıt dans le bruit de fond. Nous n’avons observ´e la raie 6+ que pour les petites ´epaisseurs (jusqu’ `a 11µm de couche de propagation). Cette derni`ere raie est toutefois trop faible pour ˆetre utilis´ee dans l’analyse. Nous observons ´egalement que la raie d´ecal´ee 5+ est beaucoup moins ´

etendue spatialement (c’est `a dire dans la direction transverse), par rapport `a la raie froide (facteur 2 − 3), ce qui indique une taille limit´ee de la r´egion chauff´ee par rapport `

a la taille du faisceau d’´electrons. La r´esolution spatiale du spectrom`etre ´etant limit´ee, nous ne pouvons pas remonter `a la taille effective et nous devons nous limiter `a cette observation qualitative sur le rapport des largeur.

Nous avons v´erifi´e que le signal Kα de l’aluminium d´etect´e est effectivement g´en´er´e uniquement dans la couche de fluorescence, comme nous le souhaitions, et non pas dans la couche frontale. Pour ce faire, nous avons effectu´e un tir d’essai `a pleine puissance sur une cible `a deux couches Al-Cu (aluminium cˆot´e laser). Dans le spectre obtenu, le

0 1 105 2 105 3 105 4 105 8100 8200 8300 8400 mA Al (100µm ) - Cu - Al, E=40J 0 1 105 2 105 3 105 4 105 8100 8200 8300 8400 mA Al (11µm ) - Cu - Al, E=40J 0 1 105 2 105 3 105 4 105 8100 8200 8300 8400 mA Al (40µm ) - Cu - Al, E=40J mÅ mÅ mÅ

Fig. 4.35 – Spectres obtenus pour des cibles Al-Cu (25µm)-Al (16µm), pour diff´erentes ´epaisseurs de la couche frontale d’aluminium. (Energie dans la tache focale ≈ 40J ).

pic Kα du cuivre est tr`es intense, tandis que celui de l’aluminium n’est pas visible. Cela signifie que la couche de 25µm de cuivre arrˆete totalement le rayonnement provenant de la couche de propagation.

Cibles d’aluminium simple

Nous pr´esentons `a titre d’exemple des spectres obtenus avec des cibles d’aluminium simple : cibles minces (figure 4.36) et cibles ´epaisses (figure 4.37).

Pour les cibles les plus minces, nous avons observ´e un spectre thermique typique d’un plasma dense d’aluminium. On peut reconnaˆıtre la raie de fluorescence Kα (8.3396˚A), les raies thermiques correspondant aux ´etats tr`es ionis´es de l’aluminium, le gros bloc de la raie Heα (7.7571˚A) jusqu’`a la raie Lyα (7.171˚A) `a l’extrˆeme droite. Les profils de raies sont tr`es ´elargis par effet Stark en raison de la forte densit´e de la r´egion d’´emission. Nous ne nous int´eressons pas `a une interpr´etation d´etaill´ee de ces spectres, puisque il n’est pas possible, dans ce cas, d’attribuer le chauffage uniquement au d´epˆot d’´energie par les ´electrons rapides. En raison de la faible ´epaisseur, le rayonnement X thermique provenant directement de la r´egion d’interaction et le choc ASE, peuvent contribuer au chauffage de la cible. Dans le cas des cibles minces, il n’est donc pas possible de d´eterminer clairement les diff´erentes contributions au chauffage.

Dans le cas des cibles plus ´epaisses (`a partir de 40µm d’´epaisseur), on aper¸coit uniquement la raie Kα froide et les raies d´ecal´ees correspondant `a des ´etats peu io- nis´es, tandis que les raies thermiques ne sont plus d´etectables. Cela est dˆu au fait que le rayonnement thermique provenant des r´egions plus profondes (cˆot´e laser) est totalement bloqu´e, tandis que les r´egions proches de la face arri`ere, trop froides pour, n’en produisent pas.

4.6 R´esultats exp´erimentaux 0 5 105 1 106 1,5 106 2 106 7000 7500 8000 8500 _mA Kα Lyα Heα 5+ 6µm 9µm _20µm

mÅ

Fig. 4.36 – Spectres obtenues pour des cibles d’aluminium simple de faibles ´epaisseurs (6, 9, 20µm).

0 2 105 4 105 6 105 8100 8250 8400 mA 20 mm 40 mm 100 mm Ka O-like (5+) N-like (6+)

Fig. 4.37 – Spectres obtenues pour des cibles d’aluminium simple de grandes ´epaisseurs (20, 40, 100µm).

En revanche, le rayonnement Kα d´etect´e est g´en´er´e dans les zones de la cible o`u le flux des ´electrons rapides est intense et est ensuite absorb´e en sortant de la cible. Cette r´eabsorption se fait surtout dans des zones froides (en raison de l’angle d’observation important (40◦), o`u la longueur d’att´enuation 1/e pour la raie Kα vaut ≈ 10µm. L’´etude de cette raie permet donc de sonder le chauffage que les ´electrons rapides induisent en profondeur dans la cible. Si on observe le spectre pour des cibles encore plus ´epaisses, la raie d´ecal´ee 5+ est bien visible jusqu’`a 120µm, tandis qu’`a 200µm, on peut `a peine la distinguer du bruit de fond. En revanche, la raie 6+ n’apparaˆıt que dans les cibles les plus minces, jusqu’`a 40µm.

Une analyse d´etaill´ee des intensit´es Kα en fonction de l’´epaisseur, pour les diff´erents types de cibles, sera pr´esent´ee au chapitre 5.