Techniques de mesures de distributions en énergie des X - durs et produits dans l’interaction laser intense - matière F. Gobet Groupe Excitations Nucléaires par Laser Groupe Excitations Nucléaires par Laser CENBG CENBG F.Hannachi, M.M.Aléonard, M.Gerbaux, G.Malka, C.Plaisir, M.Tarisien, J.N.Scheurer Collaboration CELIA: F.Dorchies, C.Fourment, S.Hulin, J.Santos Collaboration CEA / SPN / Bruyères-le-châtel : P.Morel, V.Méot Collaboration CEA / DAM / Bruyères-le-châtel : C.Courtois
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Techniques de mesures de distributions en énergie des X - durs et produits dans linteraction laser intense - matière F. Gobet Groupe Excitations Nucléaires.
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Techniques de mesures de distributions en énergie des X - durs et
produits dans l’interaction laser intense - matière
F. Gobet
Groupe Excitations Nucléaires par LaserGroupe Excitations Nucléaires par Laser CENBGCENBG
Collaboration CEA / SPN / Bruyères-le-châtel : P.Morel, V.Méot
Collaboration CEA / DAM / Bruyères-le-châtel : C.Courtois
Quels intérêts pour un physicien nucléaire
de caractériser les X – durs
produits dans l’interaction laser - matière?
Excitation nucléaire dans un plasma:
1016 W.cm-2
Typiquement: laser « Aurore » CELIA
X ~ 6 keV
X
X
T1/2= 6.8 s
6.2 keV9/2-
7/2+
Noyau 181Ta
E1
E > 6,2 keV
-
Photoexcitation
Collision électronique inélastique
Nécessité de connaître:
- Le nombre d’X émis autour de 6 keV- La distribution en énergie des électrons
Spectre de Brehmsstralung
e
Faisceaux de particules créés par laser:
Électrons, protons, ions
Source potentiellement intéressante pour la gammagraphie
Intérêt de ces faisceaux de particules pour le physicien nucléaire:
Synchronisation de ces faisceaux avec d’autres faisceaux laser- possibilité d’étudier l’excitation ou la désexcitation nucléaire
dans des cibles à l’état de plasma où soumis à un champ électromagnétique ultraintense- interaction particules – matière à l’état de plasma
A plus haute intensité sur cible mince (quelques m)
Études quantitatives et systématiques nécessaires pour être prédictif
> qq 1018 W.cm-2
X-durs si cible de conversion
X,
109 à 1012 particules en quelques 100 ps !!!Distribution continue en énergie allant à plusieurs 100 MeV!!
Mesures de distribution en énergie des X produits dans l’interaction laser - matière: contraintes expérimentales
Spécificité de ces faisceaux d’X-durs: beaucoup de photons (>1010) en peu de temps (qq 100 ps)Distribution continue en énergie allant à plusieurs dizaines de MeV….Anisotropie pour les X très durs i.e. au delà du MeV
Les lasers:basse énergie (mJ), reproductibilité,
haute fréquence: étude statistique, étude photon par photon envisageable
haute énergie (J – 100J), fluctuations tir à tir, basse fréquence :
information en 1 seul tir
Interactions X durs – matière:
basse énergie: effet photoélectrique, énergie déposée en totalité dans le détecteur
haute énergie: effet Comptoncréation de paire dépôt partiel de l’énergie dans le détecteuractivation nucléaire
I) Mesure de distributions d’énergie d’X-durs laser kHz « Aurore » du CELIA:
Étude photon par photon
Une caméra CCD(MATRIX)
blindée et filtréequelques keV à 25 keV
(monocoup)
Un scintillateur NaI(Tl)blindé et filtré
20 keV au MeV(statistique)
Une cible de Ta tournante
Un laser kHzqq 1016 W.cm-2
sur cible
I-1) Du keV à 25 keV: Matrix – CELIA (C.Fourment)
substrat
Zone sans champ
Zonede déplétion
électrodes
Environ 10 μm
Ep(e
)
Filtrage pour éviter la percolation Reconstruction de l’information par amas Calibrage avec source de 55 Fe Efficacité de détection à 6 keV: 7,6%
X
Mesure au travers d’un filtre d’Al du flux d’X de 6.2keV produit dans le plasma de tantale
I-1) Données caméra CCD:C Fourment, F Dorchies
2,2 105 X de 6,2 keV / keV.sr.tir
Spectre de photons reconstruit
E/cible = 2mJ
I =2,6 10 16 W/cm2
F.Gobet et al., soumis à J.Phys.B
I-2) Au delà de 20keV… et jusqu’au MeV
Un détecteur “photon par photon”:Filtre de nature et d’épaisseur choisiede manière à avoir moins de 10 événements pour 100 tirs.
Nombre d’événements (photons détectés) en fonction de l’énergie déposée dans le scintillateur
Spectre à déconvoluer
□ 0.3mJ, 3.4 1015 W.cm-2, filtre Al 500m ● 1mJ, 1.2 1016 W.cm-2 , filtre Cu 2mm
F.Gobet et al., Rev. Sci. Instr. 77, 093302 (2006)
I-2) Vers une distribution absolue en énergie des photons dans la gamme 20 keV - 1 à 2 MeV:
Au dessus de 100 keV les photons nedéposent pas toute leur énergie dans le détecteur.....