Première réalisation expérimentale d’ions énergétiques pilotés par un laser intense irradiant la cible la plus fine et la plus résistante au monde.
(a)Schémas de l’expérience. En irradiant une cible de graphène en suspension (LSG) de grande surface avec le laser ultra-intense J-KAREN, des ions énergétiques sont générés. (b) et (c) montrent respectivement le spectre Raman et l’image au microscope du graphène. (d) et (e) montrent le dessin schématique du détecteur de pile utilisant des suiveurs de chemin à semi-conducteurs et un spectromètre à parabole Thomson (TPS), respectivement. (g) et (f) montrent les données typiques de TPS et de la pile, respectivement. Crédit image : 2022 Y. Kuramitsu et al. Robustesse du graphène en suspension de grande surface sous interaction avec un laser intense / Rapports scientifiques
L’accélération des ions par laser a été étudiée pour développer un accélérateur à plasma compact et efficace, applicable au traitement du cancer, à la fusion nucléaire et à la physique des hautes énergies. Des chercheurs de l’Université d’Osaka, en collaboration avec des chercheurs des Instituts nationaux de science et technologie quantiques (QST), de l’Université de Kobe et de l’Université centrale nationale de Taïwan, ont rapporté une accélération énergétique directe des ions en irradiant la cible de graphène la plus fine et la plus solide au monde avec l’ultra-intense Laser J-KAREN au Kansai Photon Science Institute, QST au Japon. Leurs découvertes sont publiées dans Springer Nature, Rapports scientifiques.
Il est connu qu’une cible plus mince est nécessaire pour une énergie ionique plus élevée dans la théorie de l’accélération des ions laser. Cependant, il a été difficile d’accélérer directement des ions avec un régime de cible extrêmement mince car les composantes de bruit d’un laser intense détruisent les cibles avant le pic principal de l’impulsion laser. Il est nécessaire d’utiliser des miroirs à plasma, qui éliminent les composants de bruit, pour réaliser une accélération ionique efficace avec un laser intense.
Ainsi, les chercheurs ont développé du graphène suspendu de grande surface (LSG) comme cible d’accélération des ions laser. Le graphène est connu comme le matériau 2D le plus fin et le plus résistant au monde, qui convient aux sources d’ions pilotées par laser.
« Le graphène atomiquement fin est transparent, hautement conducteur électriquement et thermiquement et léger, tout en étant le matériau le plus résistant », explique l’auteur de l’étude Wei-Yen Woon. « À ce jour, le graphène a vu diverses applications, notamment dans les transports, la médecine, l’électronique et l’énergie. Nous démontrons une autre application perturbatrice du graphène dans le domaine de l’accélération laser-ion, dans laquelle les caractéristiques uniques du graphène jouent un rôle indispensable.
Les irradiations directes des cibles LSG génèrent des protons et des carbones MeV d’intensités laser sous-relativistes à relativistes, de conditions de faible contraste à des conditions de contraste élevé sans miroir à plasma, ce qui montre évidemment la durabilité du graphène.
« Les résultats de cette recherche sont applicables au développement d’accélérateurs d’ions à laser compacts et efficaces pour le traitement du cancer, la fusion nucléaire au laser, la physique des hautes énergies et l’astrophysique de laboratoire », explique l’auteur principal de l’étude, Yasuhiro Kuramitsu.
« L’accélération directe d’ions énergétiques sans miroir à plasma montre évidemment la robustesse du LSG. Nous utiliserons le LSG atomiquement fin comme support cible pour accélérer d’autres matériaux qui ne peuvent pas se suffire à eux-mêmes. Nous montrons également l’accélération énergétique des ions à une intensité non relativiste. Cela nous permettra d’étudier l’accélération des ions laser avec des installations laser relativement petites. De plus, même sans miroir à plasma au régime de cible extrêmement mince, une accélération énergétique des ions est réalisée. Cela ouvre un nouveau régime d’accélération des ions par laser.
L’article, « Robustesse du graphène suspendu sur une grande surface sous interaction avec un laser intense », a été publié dans Rapports scientifiques chez DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-06055-4
La source: Université d’Osaka
