techniques de mesures de distributions en énergie des x - durs et produits dans linteraction laser...
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Techniques de mesures de distributions en énergie des X - durs et
produits dans l’interaction laser intense - matière
F. Gobet
Groupe Excitations Nucléaires par LaserGroupe Excitations Nucléaires par Laser CENBGCENBG
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
Quels intérêts pour un physicien nucléaire
de caractériser les X – durs
produits dans l’interaction laser - matière?
Excitation nucléaire dans un plasma:
1016 W.cm-2
Typiquement: laser « Aurore » CELIA
X ~ 6 keV
X
X
T1/2= 6.8 s
6.2 keV9/2-
7/2+
Noyau 181Ta
E1
E > 6,2 keV
-
Photoexcitation
Collision électronique inélastique
Nécessité de connaître:
- Le nombre d’X émis autour de 6 keV- La distribution en énergie des électrons
Spectre de Brehmsstralung
e
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 d’autres faisceaux laser- possibilité d’étudier l’excitation ou la désexcitation nucléaire
dans des cibles à l’état de plasma où soumis à un champ électromagnétique ultraintense- interaction particules – matière à l’état de plasma
A plus haute intensité sur cible mince (quelques m)
Études quantitatives et systématiques nécessaires pour être prédictif
> qq 1018 W.cm-2
X-durs si cible de conversion
X,
109 à 1012 particules en quelques 100 ps !!!Distribution continue en énergie allant à plusieurs 100 MeV!!
Mesures de distribution en énergie des X produits dans l’interaction laser - matière: contraintes expérimentales
Spécificité de ces faisceaux d’X-durs: beaucoup de photons (>1010) 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 Comptoncréation de paire dépôt partiel de l’énergie dans le détecteuractivation nucléaire
I) Mesure de distributions d’énergie d’X-durs laser kHz « Aurore » du CELIA:
Étude photon par photon
Une caméra CCD(MATRIX)
blindée et filtréequelques keV à 25 keV
(monocoup)
Un scintillateur NaI(Tl)blindé et filtré
20 keV au MeV(statistique)
Une cible de Ta tournante
Un laser kHzqq 1016 W.cm-2
sur cible
I-1) Du keV à 25 keV: Matrix – CELIA (C.Fourment)
substrat
Zone sans champ
Zonede déplétion
électrodes
Environ 10 μm
Ep(e
)
Filtrage pour éviter la percolation Reconstruction de l’information par amas Calibrage avec source de 55 Fe Efficacité de détection à 6 keV: 7,6%
X
Mesure au travers d’un filtre d’Al du flux d’X de 6.2keV produit dans le plasma de tantale
I-1) Données caméra CCD:C Fourment, F Dorchies
2,2 105 X de 6,2 keV / keV.sr.tir
Spectre de photons reconstruit
E/cible = 2mJ
I =2,6 10 16 W/cm2
F.Gobet et al., soumis à J.Phys.B
I-2) Au delà de 20keV… et jusqu’au MeV
Un détecteur “photon par photon”:Filtre de nature et d’épaisseur choisiede manière à avoir moins de 10 événements pour 100 tirs.
Nombre d’événements (photons détectés) en fonction de l’énergie déposée dans le scintillateur
Spectre à déconvoluer
□ 0.3mJ, 3.4 1015 W.cm-2, filtre Al 500m ● 1mJ, 1.2 1016 W.cm-2 , filtre Cu 2mm
F.Gobet et al., Rev. Sci. Instr. 77, 093302 (2006)
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 nedéposent pas toute leur énergie dans le détecteur.....
Simulation Monte-Carlo GEANT 3Géométrie + interaction particules-matière
incincincdéposéeE incdéposé dEENEEkENdéposé
)(),()(det
F.Gobet et al., Rev. Sci. Instr. 77, 093302 (2006)
I-2) Caractéristiques des X-durs: dépendance avec l’intensité laser
Spectres déconvolués
Cible de Tantale
Spectre continue en énergie ; processus de Brehmstralung
Deux composantes au dessus de 1016 Wcm-2
Signature de mécanisme d’absorptiondifférent de l’impulsion laser
(R.Fedosejevs et al. , Proceedings 32nd EPS 2005)
Distribution en énergie des électrons déterminéepar le code GEANT
M.M. Aléonard, J. Mod. Opt., 54, 2585 (2007)
II) Vers des lasers plus énergétiques et de plus basse cadence
238U (,n) 237U
107Ag (,n) 106Ag
63Cu (,n) 62Cu
181Ta (,3n)178Ta
12C (,n) 11C
Photons de plus hautes énergies (au-delà du MeV) Comment obtenir le maximum d’information en un seul tir?
une solution: l’activation nucléaire
M.Gerbaux et al. Rev. Sci. Instr. 79, 023504 (2008)
n
n
LASER
γ
γ
γe-
63Cu + → 62Cu + n
II) Un exemple: le couple 11C; 62Cu
CO
NV
ER
TIS
SE
UR
CO
NV
ER
TIS
SE
UR
E
)(
dE
dNLn
T
E
12C + → 11C + n
TMeV
N 1
1-C
/ N
62
-Cu
Programme RX2 en cours sur ALISE (CEA/CESTA)
62Cu → 62Ni + e+ + νe T1/2 = 9,7 minutes
NaI
Le nombre de coïncidences mesuré permet de remonter au nombre de réactions ( ,n) qui ont eu lieu dans l’échantillon
NaI
11C → 11B + e+ + νe T1/2 = 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.
Axe de symétrie
ANR « Nathalie » / Région aquitaine M. Tarisien
Jusqu’à 16 bancs de mesure…
LASER
e-
II) Vers une mesure de distribution angulaire
n
n
γ
γ
Conclusions
- Un savoir faire dans l’interaction particules – matière mis à profit pour l’étude 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)
Quality of the simulation: comparison of experimental and simulated energy distributions of a 109 Cd source
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