opportunités pour PETAL

Application des faisceaux de
protons énergétiques et laminaires
–
opportunités pour PETAL
J. Fuchs
Caractéristiques connues des
faisceaux de protons accélérés par
laser UHI
• Faisceaux énergétiques
(0-60 MeV avec laser PW Vulcan, 700 J, 800 fs)
Æ pénétration dans la matière dense
• 1011 –1013 protons/ions en un tir (> 3 MeV)
Æ forte énergie dans le faisceau
• Laminaires (taille de source µm) & collimatés
Æ imagerie
• Courts (ps)
Æ résolution temporelle
En quoi les faisceaux de protons
sont d’intérêt dans le cadre de
PETAL ?
► Use as probe for E.M. fields (e.g. diagnostic of e- transport in solids transport) or
dense plasmas (e.g. imploding core)
Æ ps temporal resolution
Æ µm spatial resolution
► Use for Warm dense matter production
Æ probing correlated and degenerate matter
► Test for feasibility of proton-triggered fast ignition (alternative to electrons)
Æ can be focused (small spot / extremely cold beam)
Æ good energy deposition
Æ consistency of laser parameters to meet individual particle energy AND total
deposited energy
PHARE
Principe général de la
radiographie
Temporal evolution of phenomena
on a single-shot (TOF)
can be obtained by energy-dependent timeof-flight
with
• ps temporal resolution
• μm spatial resolution
Collimating
proton target
Hohlraum &
imploding
fuel capsule
Film
detector
High energy
protons =
early time
Low energy
protons =
late time
Exemple de mesure de densité :
implosion d’un micro-ballon creux
Micro-ballon de 3
µm d’épaisseur
Simulations :
Variation de rayon (120 / 95 / 83 / 75
µm) avec masse totale constante
Protons
de 7
MeV
A. Mackinnon et al., PRL 97, 045001 (2006).
Etude du transport électronique à très fort
courant induit par PETAL
t ~ +5 ps
Al 40 μm
Mylar 50 μm
3/4
PETAL
L. Romagnani, J. Fuchs,
Borghesi et al., Phys.
Rev. Lett. 95, 195001
(2005).
T=5 ps
Distance
typique : qq mm
à 1 cm
T=17 ps
Laser
1/4 PETAL
mousse 200 mg/cc
Retard entre les 2 impulsions ~ 10 à 100 ps
Sondage de la propagation laser dans le régime LMJ
Example au 100TW LULI
laser
1 mm
Retard entre les 2 impulsions ~ 10 ps à qq ns (pour explorer toute l’impulsion ns)
gasbag
LIL
PETAL
LIL
Distance typique :
qq mm à 1 cm
Distance typique :
qq mm à 1 cm
PETAL
Et des champs B
self-generated B fields on
holhraum walls
Æ modify heat transport
and energy deposition
Source
de
protons
LIL
Example au LULI2000
PETAL
x
films
Distance typique :
qq mm à 1 cm
Retard entre les 2 impulsions ~ 10 ps à qq ns (pour explorer toute l’impulsion ns)
Mais… pour sonder des matériaux très
denses (cibles de fusion réalistes),
l’énergie des protons devra être accrue
40 g/cc
8 keV
40
Epout (MeV)
50 µm
100 µm
Epout
45
35
30
25
20
15
10
5
Ep
in
0
0
10
20
30
40
50
60
Epin (MeV)
Nécessité de développer une source de protons très
énergétiques grâce à un laser HEPW comme PETAL
L’utilisation des faisceaux d’ions courts permet aussi
d’explorer la matière dense & dégénérée
Ekin
relative dose
Permet un dépôt
en profondeur
avant l’expansion
hydrodynamique
20 MeV e0
10
20
depth in water (cm)
30
Temperature (K)
106
200 MeV
22 MeV protons
X-rays
Aluminum µ= E
F
θ=1
105
Γ=1
Γ=170
104
103
-2
-1
Log10 (ρ/ρs)
0
Sondage de la matière dense & dégénérée produite
avec PETAL
Photoabsorption
résolue en temps
par CBF
Pyrométrie
XUV
Mesure
spectre
transmis
Diffusion
résolue en temps
par CBF
Source
de
protons
PETAL
Distance typique : 200 µm- 1mm
Distance
typique : qq
mm
Source X
LIL ou ¼ PETAL
Retard entre les 2 impulsions ~ 10 à 100 ps
Résumé
Les protons générés par laser UHI permettent :
1. de radiographier la matière dense et/ou des champs E&B
2. d’explorer les plasmas corrélés & dégénérés
3. pourraient servir de source pour l’allumage rapide
Potentiel d’applications uniques avec PETAL :
1. exploitation de l’outil (dynamique) de radiographie pour
sonder les plasmas LIL
2. génération de plasmas denses isochores qq. eVs-keV
3. nécessité de développer une source de protons très
énergétiques
4. études pour l’allumage rapide à forte énergie laser