Quelques diagnostics X pour les expériences d'interaction laser-matière

Ce rapport est une revue de travaux réalisés au CEA/DAM de 1990 à 1999, dans le cadre de la fusion thermonucléaire inertielle par laser. Il est relatif aux techniques expérimentales utilisées pour l'étude de l'interaction du rayonnement laser avec la matière et des plasmas à très haute densité d'énergie. La compréhension de cette physique a nécessité le développement d'une instrumentation de premier plan notamment de diagnostics dans le domaine des rayons X. Il est articulé en trois chapitres : la première concerne la métrologie de ces diagnostics réalisée auprès de différentes sources de rayonnement X (synchrotron, plasma laser, tube RX...), la seconde synthétise les études théoriques et expérimentales d'optiques RX et montre comment ces optiques ont trouvé des applications directes en instrumentation X (spectroscopie, imagerie) auprès des lasers, la troisième est une revue des diagnostics marquants d'imagerie, de radiographie X, ayant un intérêt pour la physique des plasmas, à travers quelques expériences

X-ray broadband Ni/SiC multilayers: improvement with W barrier layers

International audienceWe present an experimental study and performance improvement of periodic and aperiodic Ni/SiC multilayer coatings. Periodic Ni/SiC multilayer mirrors have been coated and characterized by grazing incidence X-ray reflectometry at 8.048 keV (Cu Kα radiation) and by measurements at 3 keV and 5 keV on synchrotron radiation facilities. An interdiffusion effect is found between Ni and SiC layers. A two-material model, NixSiy/SiC, using a silicide instead of Ni, was used to fit the measurements. The addition of 0.6 nm W barrier layers at the interfaces allows a significant reduction of the interdiffusion between Ni and SiC. In order to obtain a specific reflectivity profile in the 2 – 8 keV energy range, we have designed and coated aperiodic multilayer mirrors by using Ni/SiC with and without W barrier layers. The experimental reflectivity profiles as a function of the photon energy were measured on a synchrotron radiation facility in both cases. Adding W barrier layers in Ni/SiC multilayers provides a better precision on the layer thicknesses and a very good agreement between the experimental data and the targeted spectral profile

Métrologie autour d'installations plasma-laser. Utilisation du rayonnement synchrotron

Dans le cadre du projet Simulation du CEA/DAM, l'accès expérimental aux hautes densités d'énergie et au domaine de la fusion thermonucléaire en Laboratoire se fera par le Laser Mégajoules (LMJ) dont le prototype LIL est en cours de construction au CEA/CESTA près de Bordeaux. Les programmes expérimentaux correspondants ont nécessité des performances élevées et le développement d'une instrumentation de premier plan. C'est notamment le cas des diagnostics plasma qui ont évolué avec le développement des lasers de puissance et celui des technologies adaptées pour étudier leur comportement. Le Service Diagnostics Expérimentaux du CEA/Bruyères-Le-Chatel développe des diagnostics et intègre la métrologie associée dans la conception de diagnostics. Nous présentons les moyens dont on dispose auprès du rayonnement synchrotron pour la métrologie des diagnostics et l'intérêt de cette métrologie pour l'étude des plasmas-laser

Absolute radiant power measurement for the Au M lines of laser-plasma using a calibrated broadband soft X-ray spectrometer with flat-spectral response

International audienceCEA implemented an absolutely calibrated broadband soft X-ray spectrometer called DMX on the Omega laser facility at the Laboratory for Laser Energetics (LLE) in 1999 to measure radiant power and spectral distribution of the radiation of the Au plasma. The DMX spectrometer is composed of 20 channels covering the spectral range from 50 eV to 20 keV. The channels for energies below 1.5 keV combine a mirror and a filter with a coaxial photo-emissive detector. For the channels above 5 keV the photoemissive detector is replaced by a conductive detector. The intermediate energy channels (1.5 keV < photon energy < 5 keV) use only a filter and a coaxial detector. A further improvement of DMX consists in flat-response X-ray channels for a precise absolute measurement of the photon flux in the photon energy range from 0.1 keV to 6 keV. Such channels are equipped with a filter, a Multilayer Mirror (MLM), and a coaxial detector. We present as an example the development of channel for the gold M emission lines in the photon energy range from 2 keV to 4 keV which has been successfully used on the OMEGA laser facility. The results of the radiant power measurements with the new MLM channel and with the usual channel composed of a thin titanium filter and a coaxial detector (without mirror) are compared. All elements of the channel have been calibrated in the laboratory of the Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Germany's National Metrology Institute, at the synchrotron radiation facility BESSY II in Berlin using dedicated well established and validated methods

Development and realization of non-periodic W/Si multilayer mirrors for 5-14keV X-ray plasma diagnostic

International audienceW/Si aperiodic multilayer mirrors were developed at the Commissariat a I'Energie Atomique (CEA-DIF) in collaboration with the Laboratoire des Materiaux et de Microelectronique de Provence (L2MP). These ``super-mirrors'' [F. Mezei, Commun. Phys. 2 (1977) 41. [1]; E. Spiller, Appl. Phys. Lett. 20 (1972) 365. [2]], named Mal 51 and Mal 52, were designed to work at 0.6 degrees grazing incidence with a high reflectivity in a large photon energy range for X-ray energies above 5keV. The Ma151 multilayer will be integrated into a high-resolution X-ray microscope the so-called Plasma Imageur X pour les Experienccs Laser Megajoule (PIXEL). This prototype will be used for spatial and time resolved imaging of dense and warm fusion plasmas produced during inertial confinement fusion (ICF) experiments at the future Laser Megajoule facility. Experimental results obtained at the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) laboratory at the synchrotron radiation facility BESSY II in Berlin, show that the Ma151 average reflectivity is above 40% in almost the entire energy range 5-10keV. From the measurements on the mirror MA152, a reflectivity above 15% can be expected.in the energy range 7.2-14keV. The experimental results show good agreement with theoretical computations from the XR-Vision [T. Mofeno, Software X-ray Vision Applied by Caminotec, Paris, France. [3]] code and demonstrate the ability to. produce such mirrors for future hard X-rays microscope applications. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved

Systèmes d'imagerie à haute résolution dans le domaine des Rayons X pour le Laser Mégajoule

Le principe de la fusion par confinement inertiel consiste à faire imploser une cible sphérique de petite taille, millimétrique, remplie d'un mélange de deutérium et de tritium sous l'action des 240 faisceaux lasers impulsionnels de très grande puissance du LMJ. Les études de cette physique d'implosion (mise en vitesse, symétrie d'implosion, instabilités hydrodynamiques) et de l'allumage (traceurs, point chaud) font appel aux techniques de l'imagerie et de la radiographie à haute résolution spatiale ($\mu{\rm m}$) et temporelle (ps) avec sélection spectrale dans le domaine d'énergie de photons comprise entre $100\,{\rm eV}$ et $20\,{\rm keV}$. Plusieurs Systèmes d'Imagerie X (SIX), à haute résolution spatiale, ont donc été développés par le CEA-DIF et mis en œuvre sur la Ligne d'Intégration Laser (LIL) implantée au CEA-CESTA. Dans cet article nous présentons les principaux SIX, à base de microscopes à miroirs. Un exemple de microscope prototype nommé PIXEL (Plasma Imageur X pour les Expériences Lasers) développé pour le LMJ est présenté. Nous portons l'accent sur les problèmes technologiques liés à l'environnement LMJ

An advanced high resolution x-ray imager for laser-plasma interaction observation

We present here the latest results obtained with our high resolution broadband X-ray microscope. These results, both spatial and spectral, were obtained in several facilities such as Berlin's synchrotron Bessy II and LULI's laser ELFIE 100TW. The results show clearly the opportunity in high resolution microscopy that offer mirror based diagnostics

Characterization of subnanometric layers by grazing incidence X-ray reflectometry

International audienceWe present a method to characterize subnanometric layers based on grazing incidence X-ray reflectometry. For this purpose, we propose to use a “Fabry–Pérot” type multilayer structure in order to improve the sensitivity of the measurement to the layer thickness. For our study, this structure consists of a thin layer of scandium inserted between two periodic chromium (Cr)/scandium (Sc) multilayers. We describe the principle and estimate the sensitivity of the method by simulation. Experiments were performed on two optimized Fabry–Pérot structures with 0.6 and 1.2 nm Sc layer thicknesses using a laboratory grazing incidence reflectometer at 8.048 keV (Cu Kα radiation). Fitting of experimental data allows determining the Sc layer thickness. Finally, the structural parameters used in the fit were confirmed by measurements at 3 keV on the hard X-ray branch of the synchrotron SOLEIL Metrology and Tests beamline