[seminaire] Une source intense d'électrons à 10-50 keV pour des mesures de sections efficaces d'excitation nucléaire

by Maud Versteegen

Tuesday 30 May 2017, 11:00 → 12:00 Europe/Paris

Grand Amphi (LPSC)

[English version below]

La diffusion inélastique d'électrons est un processus très bien connu aux énergies supérieures au MeV. En revanche, dans la gamme de la dizaine à la centaine de keV, les calculs de section efficace d'excitation nucléaire par ce processus sont en profond désaccord, les valeurs obtenues sont très faibles et diffèrent de plusieurs ordres de grandeurs selon les modèles. Une mesure directe est donc indispensable pour contraindre les codes de calculs et prédire des taux d'excitation nucléaire dans le contexte des plasmas astrophysiques, ou chauffés par laser. A l'heure actuelle, les faisceaux conventionnels de basses énergies ne permettent pas d'atteindre un taux d'excitation mesurable. Le groupe ENL au CENBG s'est donc engagé dans le développement d'une source pulsée ultra-intense d'électrons de quelques dizaines de keV qui pourrait permettre de réaliser cette mesure. Son principe, original, est basé sur l'interaction entre une impulsion laser ns d'une centaine de MW et une cible solide d'aluminium. Le plasma produit se détend dans une région où règne un champ électrique extracteur des électrons. Après une description du contexte et des enjeux de la mesure de section efficace, nous présenterons le design de cette source innovante ainsi que les caractéristiques des paquets d'électrons obtenus. Nous détaillerons également les simulations PIC réalisées qui permettent de reproduire parfaitement les résultats et de comprendre la dynamique de l'extraction à l'oeuvre.

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A bright electron source in the 10-50 keV energy range for measurements of nuclear excitation cross sections

 

Electron inelastic scattering is a well known and well described process in the relativistic MeV energy range. However, when looking in the 10-100 keV range, calculations of nuclear excitation cross sections by this process are in strong disagreement, predictions are very low and differ by several orders of magnitude depending on models. A direct measurement is indispensable to constrain the calculation codes which are in turn used to predict nuclear excitation yields in the context of astrophysical plasmas or laser heated plasmas. Available low energy electron sources based on conventional techniques do not provide enough flux to produce measurable excitation yields. The ENL group at CENBG thus engaged in the development of a novel pulsed source of electrons reaching high intensities at a few tens of keV. The idea of the source is based on the interaction of a 100 MW pulsed laser with a solid aluminum target. The resulting plasma expands in an electric field, which allows electrons to be extracted. After briefly presenting the motivation for pioneer measurements of nuclear excitation cross section by electron inelastic scattering at low energies, the design of the electron source and characteristics of the obtained electron bunches will be presented. We will also show how PIC simulations reproduce these results and allow for a good understanding of the extraction dynamics.