Les accélérateurs laser-plasma forment un type particulier d’accélérateurs s’appuyant sur l’accélération d’électrons ou d’ions dans un plasma.
Dans les accélérateurs conventionnels les particules sont accélérées dans des cavités métalliques. Le champ accélérateur dans ces cavités est limité par la taille de la cavité et par les risques de claquage si le champ est trop fort. Les accélérateurs laser-plasma s’affranchissent de cette contrainte et peuvent atteindre des gradients d’accélération beaucoup plus grands.
Les plasmas peuvent supporter des gradients d’accélération de plusieurs dizaines à des centaines de GV/m, ce qui les rend très intéressants comme milieux accélérateurs. L’accélération de particules suivant l’interaction d’un laser de haute intensité avec un gaz ou un solide suscite un intérêt grandissant, car il a été démontré qu’il est possible d’accélérer des protons à des énergies de l’ordre de quelques dizaines de MeV et des électrons à des énergies de plusieurs GeV dans des plasmas de longueurs inférieures à 10 cm.
Ces progrès récents sont l’aboutissement d’une décennie de travaux effectués par de multiples équipes de physiciens des plasmas à travers le monde, accompagnés par le développement incessant depuis la fin des années 1990 des systèmes laser. Le niveau de performance atteint et les propriétés originales des faisceaux de particules créés dans l’interaction laser-plasma, ont attiré l’attention d’un certain nombre de physiciens des accélérateurs conventionnels, et les échanges se multiplient en particulier à la faveur de projets européens, comme par exemple le projet Européen ARIES (http://aries.web.cern.ch/). Le passage des concepts d’accélération à la conception d’un accélérateur est la prochaine étape importante à réaliser, et constitue le cœur du projet européen EuPRAXIA (http://www.eupraxia-project.eu/) ; les perspectives à long terme sont discutées dans le cadre du groupe d’étude international ALEGRO créé en 2017. Au niveau français, le projet Apollon CILEX sera un outil important pour étudier les mécanismes d’accélération dans une nouvelle gamme de paramètres. En Allemagne, le projet ATHENA (Helmholtz ARD distributed test Facility) vient d’être lancé avec pour objectif la mise au point d’accélérateurs (électrons, ions) et de sources de rayonnement ultra-compactes basées sur l’accélération plasma.
Dans ce contexte la communauté française concernée par ces thématiques, issue de différentes institutions, souhaite se donner un cadre lui permettant de se rencontrer et de s’organiser autour d’objectifs communs. C’est la motivation de ce GdR APPEL, dont le rôle sera de rassembler le plus grand nombre d’acteurs du développement de ces futurs accélérateurs, de rendre visible et attractive cette activité, et de permettre à la communauté française de porter de façon concertée des projets accélérateurs ambitieux.
Liens pour en savoir plus:
- Introduction aux accélérateurs laser-plasma sur le site du projet EuPRAXIA: http://www.eupraxia-project.eu/our-technology.html
Définitions d’un accélérateur de particules dans le cadre du GdR:
Equipement produisant un faisceau de particules accélérées (ions ou électrons):
– avec un ensemble de paramètres prédéfinis (énergie, charge, durée des paquets, émittance…)
– de manière récurrente (fréquence de répétition min de l’ordre du Hz, durée de fonctionnement min de quelques heures/jour) et reproductible,
– Utilisable (transport, focalisation,…) pour une application scientifique ou industrielle définie