Accélération Laser de Particules Résultats et Perspectives

Accélération Laser de Particules
Résultats et Perspectives
F. Amiranoff
Laboratoire pour l’Utilisation des Lasers Intenses
CNRS - CEA - Ecole Polytechnique - Université Paris 6
V. Malka, J.R. Marquès, J. Faure : LULI
B. Cros, G. Matthieussent, C. Courtois : LPGP, CNRS - Université Paris Sud
A.E. Dangor, K. Krushelnick, Z. Najmudin, M. Salvati : Imperial College
Laboratoire d’Optique Appliquée
P. Mora, A. Solodov : Centre de Physique Théorique, CNRS - X
Journées Accélérateurs SFP Roscoff Mars 2000
LPNHE - LSI -LPGP
IC - LOA - CPTH
J. Morillo : LSI
D. Bernard, F. Jacquet, Ph. Miné : LPNHE
Collaborateurs :

Accélération laser de particules : résumé
• L’interaction entre un laser de puissance et un plasma produit
des champs électriques du GV/m à > 100 GV/m.
• Applications potentielles comme :
• accélérateurs “compacts” à haut gradient
• sources intenses et brèves d’électrons
• sources intenses et brèves d’ions
• sources intenses et brèves de rayonnement γ
• sources intenses et brèves de ….

Les électrons peuvent être accélérés par le champ laser
ou par des ondes plasmas
• Après focalisation, l’intensité atteint 1016 W/cm2 à 1020 W/cm2
• Le champ transverse associé atteint 300 GV/m à 30 TV/m
• L’énergie d’un électron dans ce champ vaut :
γ ¡ ( 1 + Iλµ2 / 2.81018 )1/2
•Les électrons sont relativistes et le terme longitudinal
v X B est important
Faisceau laser (jusqu ’au PW)
Optique de focalisation
E
B

Un plasma supporte des ondes de champ électrique
de charge d’espace de vitesse de phase relativiste
• Les électrons oscillent naturellement
à la fréquence plasma
+
++
+++
E E
n
i
n
e
• Le champ E peut être très élevé
E [GV/m] = 30 [ne / 1017 cm-3 ]1/2 δ
• La vitesse de phase peut être ¡ c
E
vφ
x
Les électrons peuvent être accélérés par le champ laser
ou par des ondes plasmas

Dans une onde plasma, le gain d’énergie potentiel est élevé
• Pour un électron relativiste explorant toute la zone accélératrice, le
gain d’énergie est :
• La longueur d’accélération est :
v
φφ
v ¡ c , v > v
φφ
Champ électrique progressif
?W = 4 mc2 γ2
L = λp γ2 = λ0 γ3
• Dans les plasmas utilisés : γ ∝ 1/ne ¡ 5 - 300
Ex 1 : λ0 = 1 µm , ne = 1017 e-/cm3 , γ = 100 : ?W = 20 GeV sur L = 1 m
Ex 2 : λ0 = 1 µm , ne = 1019 e-/cm3 , γ = 10 : ?W = 200 MeV sur L = 1 mm