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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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Présentation au sujet: "Techniques de mesures de distributions en énergie des X - durs et produits dans linteraction laser intense - matière F. Gobet Groupe Excitations Nucléaires."— Transcription de la présentation:

1 Techniques de mesures de distributions en énergie des X - durs et produits dans linteraction laser intense - matière F. Gobet Groupe Excitations Nucléaires par Laser 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

2 Quels intérêts pour un physicien nucléaire de caractériser les X – durs produits dans linteraction laser - matière?

3 Excitation nucléaire dans un plasma: W.cm -2 Typiquement: laser « Aurore » CELIA X ~ 6 keV X X T 1/2 = 6.8 s 6.2 keV9/2 - 7/2 + Noyau 181 Ta E1 E > 6,2 keV - Photoexcitation Collision électronique inélastique Nécessité de connaître: - Le nombre dX émis autour de 6 keV - La distribution en énergie des électrons Spectre de Brehmsstralung e

4 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 dautres faisceaux laser - possibilité détudier lexcitation ou la désexcitation nucléaire dans des cibles à létat de plasma où soumis à un champ électromagnétique ultraintense - interaction particules – matière à létat de plasma A plus haute intensité sur cible mince (quelques m) Études quantitatives et systématiques nécessaires pour être prédictif > qq W.cm -2 X-durs si cible de conversion X, 10 9 à particules en quelques 100 ps !!! Distribution continue en énergie allant à plusieurs 100 MeV!!

5 Mesures de distribution en énergie des X produits dans linteraction laser - matière: contraintes expérimentales Spécificité de ces faisceaux dX-durs: beaucoup de photons (>10 10 ) 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 Compton création de pairedépôt partiel de lénergie dans le détecteur activation nucléaire

6 I) Mesure de distributions dénergie dX-durs laser kHz « Aurore » du CELIA: Étude photon par photon Une caméra CCD (MATRIX) blindée et filtrée quelques keV à 25 keV (monocoup) Un scintillateur NaI(Tl) blindé et filtré 20 keV au MeV (statistique) Une cible de Ta tournante Un laser kHz qq W.cm -2 sur cible

7 I-1) Du keV à 25 keV: Matrix – CELIA (C.Fourment) substrat Zone sans champ Zone de déplétion électrodes Environ 10 μm Ep(e) Filtrage pour éviter la percolation Reconstruction de linformation par amas Calibrage avec source de 55 Fe Efficacité de détection à 6 keV: 7,6% X

8 Mesure au travers dun filtre dAl du flux dX de 6.2keV produit dans le plasma de tantale I-1) Données caméra CCD: C Fourment, F Dorchies 2, X de 6,2 keV / keV.sr.tir Spectre de photons reconstruit E/cible = 2mJ I =2, W/cm 2 F.Gobet et al., soumis à J.Phys.B

9 I-2) Au delà de 20keV… et jusquau MeV Un détecteur photon par photon: Filtre de nature et dépaisseur choisie de manière à avoir moins de 10 événements pour 100 tirs. Nombre dévénements (photons détectés) en fonction de lénergie déposée dans le scintillateur Spectre à déconvoluer 0.3mJ, W.cm -2, filtre Al 500 m 1mJ, W.cm -2, filtre Cu 2mm F.Gobet et al., Rev. Sci. Instr. 77, (2006)

10 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 ne déposent pas toute leur énergie dans le détecteur..... Simulation Monte-Carlo GEANT 3 Géométrie + interaction particules-matière F.Gobet et al., Rev. Sci. Instr. 77, (2006)

11 I-2) Caractéristiques des X-durs: dépendance avec lintensité laser Spectres déconvolués Cible de Tantale Spectre continue en énergie ; processus de Brehmstralung Deux composantes au dessus de Wcm -2 Signature de mécanisme dabsorption différent de limpulsion laser (R.Fedosejevs et al., Proceedings 32 nd EPS 2005) Distribution en énergie des électrons déterminée par le code GEANT M.M. Aléonard, J. Mod. Opt., 54, 2585 (2007)

12 II) Vers des lasers plus énergétiques et de plus basse cadence 238 U (,n) 237 U 107 Ag (,n) 106 Ag 63 Cu (,n) 62 Cu 181 Ta (,3n) 178 Ta 12 C (,n) 11 C Photons de plus hautes énergies (au-delà du MeV) Comment obtenir le maximum dinformation en un seul tir? une solution: lactivation nucléaire M.Gerbaux et al. Rev. Sci. Instr. 79, (2008)

13 n n LASER γ γ γ e-e- 63 Cu + 62 Cu + n II) Un exemple: le couple 11 C; 62 Cu CONVERTISSEUR E 12 C + 11 C + n T MeV N 11-C / N 62-Cu Programme RX2 en cours sur ALISE (CEA/CESTA)

14 62 Cu 62 Ni + e + + ν e T 1/2 = 9,7 minutes NaI Le nombre de coïncidences mesuré permet de remonter au nombre de réactions (,n) qui ont eu lieu dans léchantillon NaI 11 C 11 B + e + + ν e T 1/2 = 20,4 minutes II) La mesure du nombre de réactions Observable: désintégration du positronium (e +,e - ): 2 de 511 keV émis dans la même direction et en sens opposé.

15 Axe de symétrie ANR « Nathalie » / Région aquitaine M. Tarisien Jusquà 16 bancs de mesure… LASER e-e- II) Vers une mesure de distribution angulaire n n γ γ

16 Conclusions - Un savoir faire dans linteraction particules – matière mis à profit pour létude de faisceaux de particules produits par laser - Des techniques utilisées en aquitaine sur les chaînes Aurore (CELIA), et ALISE (CESTA) - Des techniques à développer sur la chaîne Eclipse (pour photons de quelques 100 keV)

17 Quality of the simulation: comparison of experimental and simulated energy distributions of a 109 Cd source

18 Energy distributions of the electrons as a function of the laser intensity: I= Wcm -2 and Wcm -2 Comparison of the simulated and experimental photon energy distributions


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