Une représentation artistique de la méthode de décapage laser. Illustré de droite à gauche :la particule d'hydrogène entrante avec deux électrons (rouge) (à droite), le premier électron dépouillé dans un champ magnétique, l'excitation (faisceau violet) de l'électron restant par le laser (centre), et enfin l'électron restant arraché par un second champ magnétique et la particule de proton résultante (jaune) (à gauche). Crédit :Département américain de l'énergie
De nombreux accélérateurs à grande échelle fournissent des puissantes impulsions de faisceaux de protons. La création des faisceaux implique l'accumulation de plusieurs impulsions de faisceau de faible puissance pour produire une seule impulsion de faisceau de haute puissance. Aujourd'hui, les puissances de faisceau de protons réalisables sont limitées par la technologie utilisée pour fusionner les impulsions entrantes en une impulsion de faisceau finale. Pour résoudre cette limitation, les scientifiques ont démontré une nouvelle technique, appelé décapage laser. L'approche utilise un laser à haute puissance et deux aimants.
La nouvelle approche pourrait révolutionner la façon dont les faisceaux de protons de haute puissance sont générés dans les accélérateurs. Les scientifiques utilisent les faisceaux pour répondre à des questions difficiles sur les matériaux. L'industrie utilise les faisceaux dans des applications médicales et de sécurité. Le décapage laser signifie des accélérateurs de nouvelle génération avec des puissances de faisceau nettement plus élevées. Des puissances de faisceau plus élevées entraînent des taux accrus de production de particules et des taux de collision de particules plus élevés.
La méthode conventionnelle de fusion des impulsions de faisceau commence par une impulsion entrante d'ions hydrogène sous tension, H-, ou un proton avec deux électrons, fusionne les ions avec un faisceau de protons circulant dans un anneau, puis dépouille les ions H- de leurs électrons pour ne laisser que des protons dans le faisceau. Le stripping des électrons s'effectue par passage du tout juste fusionné, faisceau à deux espèces à travers un film micrométrique de faible numéro atomique, matériau à point de fusion élevé, appelé une feuille de décapage. Ces feuilles de décapage se dégradent à haute température. La dégradation limite la densité de puissance du faisceau de protons réalisable. La technique de décapage au laser est une nouvelle méthode d'élimination des électrons d'un faisceau H sous tension sans aucune interaction matérielle.
Par conséquent, il est évolutif jusqu'à des puissances de faisceaux arbitrairement élevées. Dans la méthode de décapage au laser, un aimant retire l'électron externe faiblement lié de l'ion H, le transformer en un atome d'hydrogène neutre. L'électron interne étroitement lié est ensuite excité par un laser jusqu'à un état faiblement lié où il peut être dépouillé par un deuxième aimant dipolaire pour produire un proton.
Dans l'expérience récemment menée à l'accélérateur Spallation Neutron Source, les scientifiques ont démontré la technique de dénudage laser pour une impulsion de 10 microsecondes d'un faisceau H d'énergie de 1 gigaélectronvolt à l'aide de la technologie laser commerciale. L'efficacité d'élimination des électrons obtenue était supérieure à 95 %, comparable aux efficacités typiques de la méthode conventionnelle à base de papier d'aluminium. Il s'agissait de la première démonstration de la technique pour des faisceaux réalistes à l'échelle du temps dans un accélérateur. La technique était un facteur de 1000 augmentation de la durée d'impulsion par rapport à une démonstration précédente où des échelles moins réalistes ont été utilisées.
