Objectif du projet COLA = élargir lutilisation de ces sources => Objectif de cette journée = susciter des collaborations locales Sources X au CELIA Cf. exposé de Franck Gobet">

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1 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"1 Sources X par interaction laser - plasma : état de lart et applications dans le cadre du projet COLA F. Dorchies

2 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"2 Projet COLA (CELIA - CPMOH) Laser Eclipse : 40 fs, 200 mJ, 10 Hz Laser Aurore : 30 fs, 25 mJ, 1 kHz X-durs : 10 à 100 keV X large bande : 1 à 10 keV

3 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"3 Expérimentateurs permanents : –F. Dorchies, C. Fourment, S. Hulin, J.J. Santos Théoriciens permanents : –O. Peyrusse, H. Jouin, B. Pons Thèses : –T. Caillaud (04), C. Bonté (06), S. Micheau (07), M. Harmand (09) Support (au CELIA) : –Laser, mécanique, commande-contrôle, informatique Collaboration au sein de lIPF : –Equipe ENL du CENBG (depuis 2003) => Objectif du projet COLA = élargir lutilisation de ces sources => Objectif de cette journée = susciter des collaborations locales Sources X au CELIA Cf. exposé de Franck Gobet

4 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"4 Plan 1.Introduction générale sur les sources X « laser - plasma » 2.Quelques caractéristiques des sources X « laser - plasma » 3.« Lignes X » disponibles et applications envisagées : 1.Spectroscopie dabsorption X « fine » (seuils, XANES, EXAFS) 2.Imagerie dans les X-durs (médical, …) 4.Questions, discussions, propositions, …

5 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"5 Sources X « laser - plasma » –Le laser crée un plasma –Le laser apporte de lénergie aux électrons –Les ions et les électrons conduisent à une émission X intense Principe général impulsion laser (E, B) X X X X X X

6 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"6 Interaction laser-cible solide en régime femtoseconde –Emission X thermique –X « supra-thermiques » => Impulsions X extrêmement brèves Autres mécanismes plus spécifiques (non décrits) –Laser + jet de gaz en régime relativiste –Laser + faisceau délectrons –… Principe général impulsion laser X plasma cible electrons X

7 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"7 Similaire à un tube X à électrons –Raies caractéristiques (K, …) + bremsstrahlung Avantages –Grand nb de photons / tir dans une taille de source ~ µm –Durée ~ 100 fs, émission dans la gamme keV Emission X « supra-thermique » atome e-e- e-e- continuum K L N M K Aluminium

8 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"8 Nombreuses raies ( degrés dionisation) –Energie des raies augmente avec le Z de la cible –Pente liée à la température électronique T e –Emission efficace quand E x ~ qques T e ( multi-keV) Emission X « thermique » continuum K L N M K-shell Aluminium

9 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"9 continuum K L N M Al 12+ Aluminium Exemple : cible Al & couche K

10 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"10 continuum K L N M Al 11+ Aluminium Exemple : cible Al & couche K

11 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"11 continuum K L N M Al 10+ Aluminium Exemple : cible Al & couche K

12 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"12 => Spectres de raies (~ qques eV) = diagnostic riche du plasma Exemple : cible Al & couche K continuum K L N M Al 9+ Aluminium

13 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"13 Exemple : cible Er & couche M => Accès à des spectres large-bande (~ 100 eV) continuum K L N M Erbium

14 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"14 Adapter la cible à la haute cadence (10 Hz - 1 kHz) –Différents régimes dinteraction Différents types de cibles poudre ~ 10 µm gouttelettes ~ µm agrégats ~ 10 nm solide / feuille débris T e limitée par conduction thermique pas de débris grande T e accessible absorption ~ 90 %

15 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"15 Plan 1.Introduction générale sur les sources X « laser - plasma » 2.Quelques caractéristiques des sources X « laser - plasma » 3.« Lignes X » disponibles et applications envisagées : 1.Spectroscopie dabsorption X « fine » (seuils, XANES, EXAFS) 2.Imagerie dans les X-durs (médical, …) 4.Questions, discussions, propositions, …

16 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"16 Les diagnostics X adaptés Spectros Bragg, MatriX, Streak FX short-range Order and Electron ultra-fast DYnamics in Phase transition from solid to WDM (soumis en 2008) F. Dorchies Spectromètres X haute résolution (cristaux de Bragg) –Couverture du domaine multi-keV –Résolution ~ 1 eV, gamme ~ 300 eV Spectromètres X large bande (comptage de photon) –Détecteur matriciel, diodes, scintillateurs + PM –Résolution ~ 100 eV, gamme de 1 à 25 keV, jusquà 500 keV Caméra à balayage de fente X –Résolution temporelle = 0.8 ps rms –Couplage possible avec spectromètre haute résolution Cf. exposé de Franck Gobet

17 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"17 Durée du rayonnement Agrégats, solide … effet géométrie, => sub-ps short-range Order and Electron ultra-fast DYnamics in Phase transition from solid to WDM (soumis en 2008) F. Dorchies Rayonnement « supra-thermique » (K ) –Rayonnement essentiellement monochromatique –Durée X = durée laser temps darrêt des électrons => ~ qques 100 fs démontré (diffraction résolue en temps) Rayonnement « thermique » –Couche K => raies monochromatiques –Couche M => spectre large-bande –Emission X intense tant que plasma chaud et dense –Durée X ps, voire sub-ps, dépend de : Géométrie de la cible Vitesse de détente du plasma

18 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"18 Mesures de durée (1/2) Agrégats, solide … effet géométrie, => sub-ps short-range Order and Electron ultra-fast DYnamics in Phase transition from solid to WDM (soumis en 2008) F. Dorchies Rayonnement « thermique » cible agrégats (Ar) –Raies de couche K ~ 3 keV –Expansion très rapide => Durée ~ qques 100 fs

19 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"19 Mesures de durée (2/2) Agrégats, solide … effet géométrie, => sub-ps short-range Order and Electron ultra- fast DYnamics in Phase transition from solid to WDM (soumis en 2008) F. Dorchies Rayonnement « thermique » cible solide (~ 1.5 keV) –Expansion moins rapide => Durée ~ qques ps Couche M Er (large bande)Couche K Al (raies) temps ExEx ExEx réponse caméra

20 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"20 Rayonnement incohérent Emission isotrope dans sr Exemple de nombres de photons émis (laser kHz, 5 mJ) –Agrégats 3 keV => ~ 10 6 ph/eV/sr/tir –Solide 1.6 keV => ~ ph/eV/sr/tir –Solide 1.6 keV => ~ ph/eV/sr/tir Rendement énergie laser => X –De qques à qques dans une raie de ~ 1 eV –Près de dans une large bande de 100 eV En pratique

21 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"21 Plan 1.Introduction générale sur les sources X « laser - plasma » 2.Quelques caractéristiques des sources X « laser - plasma » 3.« Lignes X » disponibles et applications envisagées : 1.Spectroscopie dabsorption X « fine » (seuils, XANES, EXAFS) 2.Imagerie dans les X-durs (médical, …) 4.Questions, discussions, propositions, …

22 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"22 Equipées pour manips « pompe-sonde » 2 mJ, 30 fs - 3 ps Laser Aurore 1 kHz sonde X échantillon photo-excité compresseur sonde compresseur pompe ligne à délai pompe IR cible X 8 mJ, 30 fs - 3 ps Ligne X multi-keV large bande

23 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"23 10 mJ, 30 fs - 3 ps Laser Eclipse 10 Hz Equipées pour manips « pompe-sonde » sonde X échantillon photo-excité compresseur sonde compresseur pompe ligne à délai pompe IR cible X 200 mJ, 30 fs - 3 ps Ligne X-durs

24 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"24 Spectroscopie dabsorption X près des seuils => accès à lordre atomique local dun échantillon –Flanc K de lAluminium pour commencer => source X large bande adaptée ( keV) Spectroscopie dabsorption X « fine » Alu 1 µm structures spectrales Ligne X multi-keV large bande

25 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"25 XANES & EXAFS continuum K L M X Ligne X multi-keV large bande

26 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"26 Double spectromètre X Source X Echantillon Al Détecteur X Cristal KAP #1 : spectre transmis Cristal KAP #2 : spectre incident Ligne X multi-keV large bande

27 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"27 Mesures de spectres XANES Al 1 µm Espace Energie X Al 2 O Å Reference Flanc K Al = keV Flanc K Al = keV Ligne X multi-keV large bande

28 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"28 Mesures de spectres XANES Ligne X multi-keV large bande

29 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"29 ANR OEDYP « short-range Order and Electron ultra-fast DYnamics in Phase transition from solid to WDM » (soumis 2008) => Etude dynamique de la transition de phase ultra-rapide solide - WDM solideWDMexpansion chauffage des électrons ionisation Ligne X multi-keV large bande

30 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"30 Calculs XANES dans la WDM O. Peyrusse, J. Phys. Condens. Matter 20 (2008) DFT Transition (solide => WDM) clairement mesurable Cf. exposé dOlivier Peyrusse Ligne X multi-keV large bande

31 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"31 Plus prospectif, mais court terme –Laser Eclipse mis en service fin Mai 2008 –Salle dexpérience ~ été 2008 Projet collaboratif entre le CENBG et le CELIA –Projet « SOPHIA » (Univ. Bx I, CNRS, Région Aquitaine) => Enceinte expérimentale équipée et opérationnelle –Projet « MCP3LI2 » (Univ. Bx I, CNRS, CEA, Aquitaine) => Métrologie peu à peu mise en place Application envisagée à limagerie médicale Source X-durs pour limagerie Ligne X-durs

32 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"32 Imagerie de micro-calcifications (éch. mammographique) Intérêt 1 = source ~ µm => grande résolution spatiale Intérêt 2 = énergie de raie X optimisée Source X Grandissement = 2 Cible Mo + filtre Mo => 17.5 keV (optimum pour 4 cm sein comprimé) 250 m Ligne X-durs Exemple 1 : Mammographie Résultats obtenus à lINRS, Québec, Canada

33 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"33 « Dual Energy Substraction Angiography » Angiographie dun rat mort + iode injectée Intérêt 1 = source ~ µm => grande résolution spatiale Intérêt 2 = flexibilité fine des énergies de raie X Deux sources X Source 1 = cible Ba (32.2 keV) Source 2 = cible La (33.4 keV) Flanc K Iode = 33.2 keV Ligne X-durs Exemple 2 : Angiographie Résultats obtenus à lINRS, Québec, Canada

34 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"34 La source X est développée et optimisée en fonction de chaque application visée Linteraction avec les utilisateurs est donc nécessaire Elle guide le développement « intelligent » des sources Message général

35 06/05/08FD - Journée IPF "Sources X : de la production aux applications"35 Merci de votre attention 1.Introduction générale sur les sources X « laser - plasma » 2.Diagnostics X développés 3.Quelques caractéristiques des sources X « laser - plasma » 4.« Lignes de lumière X » disponibles et applications envisagées : 1.Spectroscopie dabsorption X « fine » (seuils, XANES, EXAFS) 2.Imagerie dans les X-durs (médical, …) 5.Questions, discussions, propositions, …


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