Responsables : Sandrine Dobosz Dufrénoy – Pascal Monot Propriétés du rayonnement X émis par des électrons énergétiques lors de l’interaction laser plasma en régime relativiste André Arnaud CEA-Saclay , groupe PHI Responsables : Sandrine Dobosz Dufrénoy – Pascal Monot

Motivations Comprendre l’interaction : laser intense – gaz : électrons ~ 100 MeV – 1 GeV en ~ 10 mm champs ~ 100 GV/m Intérêt pour les applications forte accélération sur de courtes distances Manipulation de laser Radioprotection localisée Thématique en plein essor et étudiée par de nombreux groupes

L’accélération d’électrons à Saclay Nouvelle thématique au CEA de Saclay : Installation laser UHI100 : 2.5 J, 25 fs, 10Hz -> 300 MeV Observation de faisceaux de 50 à 80 MeV Spectre électronique observé en fin d’interaction 50TW Collaboration avec J.R. Marquès (LULI)‏ Rayonnement émis pendant l’interaction Etudier le rayonnement pour mieux comprendre l’interaction

Le régime de la bulle Interaction : laser 1018-1019W/cm2, plasma ~ 1018cm-3 régime de la bulle Carte de densité électronique e- vg~ c Impulsion laser Les électrons piégés sont soumis au champ créé par la cavité Les électrons accélèrent et oscillent

Principe du rayonnement bêtatron Les oscillations génèrent du rayonnement Electrons injèctés Rayonnement X K. Ta Phuoc et al. 2005 Energie (keV) Rayonnement très collimaté, et de courtes longueurs d’ondes Le rayonnement comme diagnostique des trajectoires

Rayonnement : caractéristique des trajectoires Simulation à 1 électron : E = 500 GV/m g = 100 g = 500 g = 100 0.5 mm 0.3 mm Canal ionique n+= 2 x 1019 cm-3

PLAN Principe des simulations Résultats de simulations Le code PICLS Le calcul du rayonnement Résultats de simulations Puissance rayonnée Variation du spectre

Code PICLS PICLS : Code PIC (Y. Sentoku, University of Nevada,Reno) Utilisé et développé en collaboration avec E. d’Humières (CELIA) t = 25 fs, wo = 16 mm , a0 = 3.5, ne0 = 6 x 1018 cm-3 Macro-particule Champ calculé sur un maillage - temps de calcul important : 10000h Reproduit l’interaction laser plasma mais ne résout pas le champ à de petites longueurs d’ondes ( < 2 Dx )

Méthode de calcul du rayonnement 1ère étape : extraction des trajectoires Sélection des particules : (à l’arrière de la cavité, g > 40) Trajectoires obtenues Electrons sélectionnés

Méthode de calcul du rayonnement 2ème étape : utilisation des trajectoires Reprend les trajectoires extraites de PICLS : Utilise les formules de Lienard-Wiechert Calcul le rayonnement dans des directions déterminées X Z Y R e-

Contraintes numériques Large gamme d’échelle de temps : Temps de réception du rayonnement ~ qq fs Temps caractéristique de réception ~ qq 10 zs Puissance reçue dans la direction de propagation : Résolution à adapter à la taille des paquets d’électrons

Variation du champ rayonné au cours de la propagation Le champ rayonné varie rapidement avec la vitesse : Maximum de rayonnement émis en fin des trajectoires

Complexité du spectre d’émission Les électrons oscillent avec des pulsations distinctes et variables g -> 750 g -> 700 g -> 450 Le spectre d’émission brut est complexe (mélange de nombreuses fréquences) L’enveloppe du spectre donne des renseignements sur l’énergie atteinte

Variation angulaire du spectre 1 10-4 Spectre d’émission (u.a.) 10-2 Les courtes longueurs d’ondes sont concentrées dans les différentes directions d’excursions des électrons

Conclusion Extraction des trajectoires électroniques à partir de PICLS + Calcul du rayonnement émis par les particules accélérées premiers résultats des simulations numériques: forme du spectre : énergie atteinte extension du spectre : amplitude des oscillations Perspectives: Simulation 3D : Rayonnement émis lors de trajectoires composées d’oscillations elliptiques Etude de l’influence du profil de densité sur le rayonnement

1 Px (mec) 104 X (l)