04/02/2013 - Des chercheurs de l'UPM ouvrent une nouvelle voie à l'obtention de lasers à grande puissance

Menéame

Obtenir Appareils à rayons X avec les mêmes propriétés que celles qui existent dans les installations XFEL grâce à l’utilisation d’un amplificateur à plasma chaud, beaucoup moins coûteux, est possible sur la base d’une étude réalisée par une équipe internationale de chercheurs, à laquelle ont participé des experts de la Université polytechnique de Madrid (UPM).

La découverte de cette équipe de scientifiques de France (LOA, Paris), du Portugal (Golp, Lisbonne) et de l’Espagne (Institut de Fusion Nucléaire de l’UPM, Madrid) est particulièrement significative car elle réduirait considérablement les coûts de ce type de laser et marquerait un avant et un après-midi dans les processus de fonctionnement de ces derniers.

Bien que le fait que les lasers à rayons X à base de FEL fournissent des niveaux d’énergie très élevés et puissent être utilisés pour de multiples applications différentes est quelque chose de bien établi dans la communauté scientifique, les coûts énormes des installations dont ils ont besoin pour fonctionner les rendent minoritaires. En fait, il n’y a que 4 sites dans le monde où l’on travaille avec ce type de laser, dont le prix varie entre 100 et 1 milliard d’euros.

L’utilisation d’un plasma chaud, produit à son tour par un laser à lumière infrarouge, pour obtenir des rayons X est beaucoup moins coûteuse et est une technique qui est déjà utilisée depuis des décennies, même si jusqu'à présent le niveau d’énergie qu’il produit était plus faible. Les chercheurs de l’UPM, parmi lesquels Eduardo Oliva (aujourd'hui dans le LOA et auteur principal) et Pedro Velarde, proposent d’adapter la technique appelée Chirped Pulse Amplification (CPA), pour tirer parti de la dynamique de pompage des lasers à base de plasma.

"L’idée que nous proposons est d’allonger le pouls initial de la lumière afin que la capacité d’amplification de l’énergie du plasma puisse être mieux exploitée. À la sortie de l’amplificateur, le temps de pouls est de nouveau raccourci à l’original en augmentant l’intensité." L’agrandissement et la contraction du pouls de lumière (la source d’énergie) sont effectués avec des réseaux de diffraction spéciaux et c’est ce qui permet d’obtenir la plus grande énergie. Cette technique est courante dans les installations de laser PW (par exemple dans le CLPU, Salamanque) mais à des fins différentes.

Applications multiples

Les lasers à rayons X mous s’appliquent à l’étude de la matière, et plus particulièrement au diagnostic de matériaux soumis à des flux de rayonnement élevés, à la modification de matériaux à l’échelle nanométrique et à des études permettant de prédire le comportement des nanomatériaux lorsqu'ils sont stressés.

En outre, avec des puissances de dizaines de GW, on peut produire des plasmas ultra-denses et étudier leur comportement. Les propriétés de cohérence exceptionnelles du faisceau de lumière de ce type de laser et de sa courte longueur d’onde peuvent être utilisées pour diagnostiquer des plasmas denses typiques des installations de fusion ou, dans le domaine médical, pour générer des holographies de protéines. L’application de ces lasers pour la destruction sélective des cellules tumorales est à l’étude récemment.

L’étude menée par les chercheurs de l’UPM a été publiée dans le numéro d’octobre Nature Photonics, l’un des magazines scientifiques les plus importants dans ce domaine au niveau international.

Image (Source UPM): Plasma RayosX

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