Les membres de l'équipe de rayons X betatron avec la chambre cible du laser Titan dans l'installation laser Jupiter du laboratoire, de gauche à droite :Will Schumaker, Clément Goyon, Alison Saunders, Nuno Lemos, Jessica Shaw, Scott Andrews, Félicie Albert et Brad Pollock. Crédit :Laboratoire national Lawrence Livermore
Une nouvelle façon d'exploiter les lasers et les plasmas pourrait offrir aux chercheurs de nouvelles façons d'explorer l'espace extra-atmosphérique et d'examiner les insectes, des tumeurs et des os de retour sur la planète Terre.
La physicienne du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) Felicie Albert a dirigé une équipe internationale poursuivant ce nouveau régime de recherche sur le laser, qui a été décrit dans un Lettres d'examen physique ( PRL ) article publié en ligne le 31 mars.
Albert et l'équipe ont passé plus de deux ans à expérimenter de nouvelles façons de générer des rayons X capables de sonder la taille, densité, pression et composition des états de la matière hautement transitoires, tels que ceux trouvés dans les noyaux des planètes et dans les plasmas de fusion. Les plasmas représentent 99% de l'univers connu.
Les chercheurs ont étudié le rayonnement X bêtatron, émis lorsque les électrons sont accélérés à des énergies relativistes et se tortillent dans l'onde de plasma produite par l'interaction d'un court, impulsion laser intense avec un gaz.
Traditionnellement, cette source a été bien étudiée pour les impulsions laser avec des durées femtosecondes (quadrillionième de seconde). tels que le laser à capacité radiographique avancée (ARC) de LLNL, les chercheurs ont mené une expérience sur le laser Titan à l'installation laser Jupiter du laboratoire. Là, ils ont observé un rayonnement de rayons X betatron conduit par beaucoup plus longtemps, impulsions laser d'une durée de picoseconde.
Le faisceau de rayons X vu à travers un filtre fin. Crédit :Laboratoire national Lawrence Livermore
"Pour moi, une picoseconde c'est pour toujours, ", plaisanta Albert. Alors que les picosecondes mesurent le temps en billions de seconde, c'est lent pour un chercheur qui préfère des impulsions laser encore plus courtes.
Les travaux expérimentaux montrent que la nouvelle source de rayonnement est très prometteuse pour entreprendre des applications dans des installations laser internationales à grande échelle, où il pourrait potentiellement être utilisé pour la radiographie aux rayons X et l'imagerie en contraste de phase des chocs provoqués par le laser, spectroscopie d'absorption et mesures d'opacité.
D'autres collègues de LLNL incluent Nuno Lemos, Brad Pollock, Clément Goyon, Arthur Pak, Joseph Ralph et John Moody, avec des collaborateurs de l'Université de Californie-Los Angeles, le Laboratoire National des Accélérateurs SLAC, Laboratoire national Lawrence Berkeley, l'Université de Californie-Berkeley et l'Université de Lisbonne au Portugal.
Albert a noté que les résultats ne se sont pas révélés immédiatement comme dans certaines expériences, et qu'il a fallu à l'équipe beaucoup d'analyses et de travail acharné pour découvrir le nouveau régime.
Ils notent dans leur article la grande variété d'utilisations potentielles de la technologie :le rayonnement X Betatron entraîné par des lasers à impulsions courtes a été utilisé à des fins biologiques et médicales, telles que l'imagerie par contraste de phase aux rayons X des insectes et la radiographie aux rayons X durs des os. Ses propriétés uniques le rendent également adapté à l'étude de la dynamique des plasmas à haute densité d'énergie et de la matière dense chaude - un état proche des densités solides - et des températures trouvées dans les noyaux de planètes géantes comme Jupiter et dans les plasmas de fusion à confinement inertiel.
