Plus de contrôle sur les accélérateurs à plasma


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  • Si un seul accélérateur de particules ne suffit pas pour obtenir le résultat souhaité, pourquoi ne pas combiner deux accélérateurs ? Une équipe internationale dirigée par des physiciens du Center for Advanced Laser Applications (CALA) du LMU Munich a mis en œuvre cette idée. Il a combiné deux méthodes d’accélération à base de plasma pour les électrons, à savoir un accélérateur de champ de sillage piloté par laser (LWFA) avec un accélérateur de champ de sillage piloté par faisceau de particules (PWFA). Avec cette combinaison, les physiciens obtiennent une meilleure stabilité et une densité de particules plus élevée pour les faisceaux d’électrons qu’avec un seul accélérateur à plasma. Le concept innovant ouvre donc de nouvelles perspectives pour l’accélération de particules à base de plasma.

    L’accélération de champ de sillage à base de plasma est considérée comme un candidat chaud pour la prochaine génération d’accélérateurs de particules. Dans une telle machine, un conducteur intense se déplace à travers un mélange de particules d’ions et d’électrons libres appelé plasma. Le pilote, qui est soit une impulsion laser intense, soit une impulsion courte et très intense de particules à haute énergie, déplace les électrons du plasma qui se mettent en travers de son chemin. Semblable à un bateau sur un lac, la matière déplacée revient à sa position initiale derrière le conducteur. Sur le sillage résultant derrière le pilote, les électrons peuvent à leur tour surfer et atteindre des énergies de l’ordre du gigaélectronvolt en quelques millimètres. Cependant, en raison des champs d’accélération extrêmement grands, ces accélérateurs à plasma sont difficiles à apprivoiser.

    Les physiciens laser de CALA ont maintenant démontré expérimentalement qu’en combinant un accélérateur à plasma piloté par laser et un accélérateur à faisceau d’électrons, une stabilité et une densité de particules supérieures peuvent être obtenues par rapport à un seul étage d’accélérateur piloté par laser. Dans cette approche « hybride », des paquets d’électrons avec un courant de crête élevé sont générés dans un premier accélérateur de champ de sillage piloté par laser. Ces électrons servent de pilote pour l’accélérateur de champ de sillage piloté par les particules, dans lequel à nouveau les électrons sont accélérés. La stabilité du paquet d’électrons nouvellement généré est beaucoup plus élevée, car le deuxième étage de l’accélérateur est beaucoup moins sensible aux fluctuations inévitables du conducteur. L’approche hybride combine ainsi les avantages des deux types de pilotes complémentaires pour les accélérateurs à base de plasma.

    La stabilité et la densité de charge élevée des paquets d’électrons générés sont une condition préalable fondamentale pour la génération de rayons X brillants via divers mécanismes. D’une part, les paquets d’électrons à bande étroite et à faible divergence conviennent parfaitement à la génération de rayons X durs par rétrodiffusion Thomson, qui peuvent être utilisés pour l’imagerie médicale. D’autre part, la haute qualité du faisceau devrait permettre de nouvelles applications stimulantes telles que les lasers à électrons libres (FEL) à base de plasma. Un tel rayonnement FEL pourrait être utilisé à l’avenir pour étudier les phénomènes ultrarapides dans les solides avec une résolution spatiale et temporelle atomique.

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par Ludwig-Maximilians-Universität München. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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