Reproductibilité de faisceaux d'électrons générés par accélération sillage laser dans des...

Reproductibilit de faisceaux d'lectrons gnrs par acclration sillage laser dans des tubes capillaires F. G. Desforges 1, M. Hansson 2, J. Ju 1, L. Senje 2, S. Dobosz-Dufrnoy 3, A. Persson 2, T. L. Audet 1, O. Lundh 2, C.-G. Wahlstrm 2 and B. Cros 1. 1 Laboratoire de Physique des Gaz et Plasmas, CNRS-Universit Paris-Sud, France 2 Department of Physics, Lund University, Sweden 3 Service des Photons, Atomes et Molcules, CEA Saclay, France

Quantifier la reproductibilit des faisceaux dlectrons gnrs/acclrs par sillage laser dans des tubes capillaires, Objectifs du Travail 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013

Quantifier la reproductibilit des faisceaux dlectrons gnrs/acclrs par sillage laser dans des tubes capillaires, Identifier les sources de fluctuations des proprits des lectrons, Objectifs du Travail 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013

Quantifier la reproductibilit des faisceaux dlectrons gnrs/acclrs par sillage laser dans des tubes capillaires, Identifier les sources de fluctuations des proprits des lectrons, Etudier le rayonnement X btatron associ. Objectifs du Travail 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013

Quantifier la reproductibilit des faisceaux dlectrons gnrs/acclrs par sillage laser dans des tubes capillaires, Identifier les sources de fluctuations des proprits des lectrons, Etudier le rayonnement X btatron associ. Objectifs du Travail 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 Objectif LONG TERME : Dvelopper une source laser-plasma stable de faisceaux dlectrons.

Plan de lExpos 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 Injection & Acclration dlectrons du plasma par sillage laser

Plan de lExpos 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 Injection & Acclration dlectrons du plasma par sillage laser Guide Laser & Confinement du Gaz : Tube Capillaire

Plan de lExpos 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 Injection & Acclration dlectrons du plasma par sillage laser Guide Laser & Confinement du Gaz : Tube Capillaire Expriences au LLC: Stabilit Electrons Relation Laser / Electron

Injection & Acclration dlectrons du plasma par sillage laser Guide Laser & Confinement du Gaz : Tube Capillaire Expriences au LLC: Stabilit Electrons Relation Laser / Electron Plan de lExpos 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013

16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 W. Lu et al., Physical Review Special Topics Accelerators and beams 10, 061301 (2007) Injection & Acclration des Electrons LASER

16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 W. Lu et al., Physical Review Special Topics Accelerators and beams 10, 061301 (2007) LASER Injection & Acclration des Electrons Compression et Auto- focalisation de limpulsion,

16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 W. Lu et al., Physical Review Special Topics Accelerators and beams 10, 061301 (2007) LASER Injection & Acclration des Electrons Compression et Auto- focalisation de limpulsion, Expulsion des e - : cration dune bulle compose dions,

16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 W. Lu et al., Physical Review Special Topics Accelerators and beams 10, 061301 (2007) Injection & Acclration des Electrons Compression et Auto- focalisation de limpulsion, Expulsion des e - : cration dune bulle compose dions, Electrons auto-injects larrire de la bulle par le champ acclrateur focalisant,

16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 W. Lu et al., Physical Review Special Topics Accelerators and beams 10, 061301 (2007) Injection & Acclration des Electrons Compression et Auto- focalisation de limpulsion, Expulsion des e - : cration dune bulle compose dions, Electrons auto-injects larrire de la bulle par le champ acclrateur focalisant, Beam loading : Larrire de la bulle est modifie par linjection dlectrons, stoppant linjection.

16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 Guide Laser & Confinement du Gaz : Tube Capillaire

16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 Entre Laser Sortie Laser Guide Laser Fentes dentre de gaz Guide Laser & Confinement du Gaz : Tube Capillaire

16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 Guide Laser & Confinement du Gaz : Tube Capillaire Entre Laser Sortie Laser Guide Laser Fentes dentre de gaz Paramtres du capillaire : Diamtre interne : 76 - 254 m, Longueur : 8 - 30 mm, Gaz : H 2 avec / sans impurets (Ar, N 2 ), Pression rservoir : 100-500 mbar avec contrle de la densit.

Paramtres du capillaire : Diamtre interne : 76 - 254 m, Longueur : 8 - 30 mm, Gaz : H 2 avec / sans impurets (Ar, N 2 ), Pression rservoir : 100-500 mbar avec contrle de la densit. 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 Contrle de linjection, effets de linteraction laser-plasma sur de longues distances, Guide Laser & Confinement du Gaz : Tube Capillaire Entre Laser Sortie Laser Guide Laser Fentes dentre de gaz

Campagne Exprimentale au Lund Laser Centre (LLC) 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 Expriences sur linstallation Laser du Lund Laser Centre (Sude) en Dcembre 2012 / Janvier 2013,

Campagne Exprimentale au Lund Laser Centre (LLC) 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 Expriences sur linstallation Laser du Lund Laser Centre (Sude) en Dcembre 2012 / Janvier 2013, Proprits Laser Longueur donde 0,8 m Energie E avant compresseur 1,3 J au foyer sous vide 0,8 J Dure dimpulsion 40 fs Puissance sur cible P18 TW Waist w 0 17 m Longueur focale f0,76 m Intensit I3,6.10 18 W/cm 2

Campagne Exprimentale au Lund Laser Centre (LLC) 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 Expriences sur linstallation Laser du Lund Laser Centre (Sude) en Dcembre 2012 / Janvier 2013, Laser contrl en point ( 4 rad), Proprits Laser Longueur donde 0,8 m Energie E avant compresseur 1,3 J au foyer sous vide 0,8 J Dure dimpulsion 40 fs Puissance sur cible P18 TW Waist w 0 17 m Longueur focale f0,76 m Intensit I3,6.10 18 W/cm 2

Campagne Exprimentale au Lund Laser Centre (LLC) 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 Expriences sur linstallation Laser du Lund Laser Centre (Sude) en Dcembre 2012 / Janvier 2013, Laser contrl en point ( 4 rad), Capillaire : 178 m, 10 mm, Proprits Laser Longueur donde 0,8 m Energie E avant compresseur 1,3 J au foyer sous vide 0,8 J Dure dimpulsion 40 fs Puissance sur cible P18 TW Waist w 0 17 m Longueur focale f0,76 m Intensit I3,6.10 18 W/cm 2

Campagne Exprimentale au Lund Laser Centre (LLC) 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 Expriences sur linstallation Laser du Lund Laser Centre (Sude) en Dcembre 2012 / Janvier 2013, Laser contrl en point ( 4 rad), Capillaire : 178 m, 10 mm, Densit lectronique de H 2 : (10 2) x 10 18 cm -3. Proprits Laser Longueur donde 0,8 m Energie E avant compresseur 1,3 J au foyer sous vide 0,8 J Dure dimpulsion 40 fs Puissance sur cible P18 TW Waist w 0 17 m Longueur focale f0,76 m Intensit I3,6.10 18 W/cm 2

Dispositif Exprimental 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013

Dispositif Exprimental 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 Stabilit laser de 2% en nergie et dure dimpulsion

Caractrisation des Faisceaux dElectrons 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 1cm Aprs 40 cm de propagation sous vide 8,5 mm 100 tirs conscutifs, lectrons chaque tir, Image typique du LANEX :

Caractrisation des Faisceaux dElectrons 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 1cm Aprs 40 cm de propagation sous vide 8,5 mm Proprits analyses : -Q tot, -Q(E), -Q(), -, -E max, -(E), -. Proprits analyses : -Q tot, -Q(E), -Q(), -, -E max, -(E), -. 100 tirs conscutifs, lectrons chaque tir, Image typique du LANEX :

Stabilit de la Charge / 100 Tirs 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 1cm Aprs 40 cm de propagation sous vide 8,5 mm GraphE (MeV)Q (a) > 4066 pC 11 % 40 - 458 pC 25 % (b)45 - 5512 pC 23 % (c)55 - 10033 pC 12 % (d)> 10013 pC 23 %

Stabilit de la Charge / 100 Tirs 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 1cm Aprs 40 cm de propagation sous vide 8,5 mm Diminution de la charge totale, Modification de la rpartition des charges en nergie. GraphE (MeV)Q (a) > 4066 pC 11 % 40 - 458 pC 25 % (b)45 - 5512 pC 23 % (c)55 - 10033 pC 12 % (d)> 10013 pC 23 % 45 55 MeV 40 45 MeV 55 100 MeV > 100 MeV > 40 MeV

Stabilit de la Charge / 100 Tirs 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 1cm Aprs 40 cm de propagation sous vide 8,5 mm Diminution de la charge totale, Modification de la rpartition des charges en nergie. GraphE (MeV)Q (a) > 4066 pC 11 % 40 - 458 pC 25 % (b)45 - 5512 pC 23 % (c)55 - 10033 pC 12 % (d)> 10013 pC 23 % 45 55 MeV 40 45 MeV 55 100 MeV > 100 MeV > 40 MeV Conclusion : Un contrle prcis de lnergie laser est ncessaire. Conclusion : Un contrle prcis de lnergie laser est ncessaire. Diminution nergie laser de 10%

Stabilit en Energie / 100 Tirs 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 1cm Aprs 40 cm de propagation sous vide = 65 MeV +/- 9% E max = 120 MeV +/- 10%

Stabilit de la Divergence / 100 Tirs 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 1cm Aprs 40 cm de propagation sous vide

Stabilit de la Divergence / 100 Tirs 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 1cm Aprs 40 cm de propagation sous vide = 9 mrad +/- 14 %, Diminution de la divergence corrle lnergie laser.

Stabilit du Point / 100 Tirs 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 Retrait du spectromtre 1cm Aprs 40 cm de propagation sous vide

Stabilit du Point / 100 Tirs 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 1cm Aprs 40 cm de propagation sous vide Retrait du spectromtre 2,3 mrad ( 17 % de FWHM ) ou aprs 40 cm de propagation sous vide : X,Y 450 m

Verrouillage du point laser & Proprits des Electrons 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 Point laser Charge QEnergie maximale E max Divergence FWHM Verrouill40 pC 18%125 MeV 9%23 mrad 27% Dverrouill18 pC 63%120 MeV 13 %19 mrad 47% Tube capillaire : 152 m, 20 mm Densit lectronique : (13 2) x 10 18 cm -3

Verrouillage du point laser & Proprits des Electrons 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 Tube capillaire : 152 m, 20 mm Densit lectronique : (13 2) x 10 18 cm -3 Dtrioration prmature du capillaire Point laser Charge QEnergie maximale E max Divergence FWHM Verrouill40 pC 18%125 MeV 9%23 mrad 27% Dverrouill18 pC 63%120 MeV 13 %19 mrad 47%

Verrouillage du point laser & Proprits des Electrons 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 Tube capillaire : 152 m, 20 mm Densit lectronique : (13 2) x 10 18 cm -3 Dtrioration prmature du capillaire AVANT Point laser Charge QEnergie maximale E max Divergence FWHM Verrouill40 pC 18%125 MeV 9%23 mrad 27% Dverrouill18 pC 63%120 MeV 13 %19 mrad 47%

Verrouillage du point laser & Proprits des Electrons 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 Tube capillaire : 152 m, 20 mm Densit lectronique : (13 2) x 10 18 cm -3 Dtrioration prmature du capillaire APRES Point laser Charge QEnergie maximale E max Divergence FWHM Verrouill40 pC 18%125 MeV 9%23 mrad 27% Dverrouill18 pC 63%120 MeV 13 %19 mrad 47%

Conclusion 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 Pour produire des faisceaux reproductibles dlectrons par sillage laser dans des tubes capillaires, il est ncessaire de : Contrler prcisment lnergie laser, Verrouiller le point laser. Verrouillage du point laser augmente la dure de vie des tubes capillaires.

Conclusion 16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 Etude statistique des proprits de faisceaux dlectrons gnrs par sillage laser dans des tubes capillaires pour 100 tirs laser conscutifs : Point de dpart pour le projet ELISA Proprits lectrons std( X ) Q96 pC17% 65 MeV9 % E max 120 MeV10 % FWHM 9 mrad14 % / 2,3 mrad

16/10/2013F. Desforges & al., ROSCOFF 2013 Merci pour votre attention Des questions?

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