Développements de sources cohérentes X-UV pour les applications – ASOURIX

Le projet ASOURIX porté par une équipe de 4 jeunes maîtres de conférence du LPGP (laboratoire de Physique des gaz et des Plasmas) a pour objectif de développer et fiabiliser des sources de lumière cohérentes générées par laser dans le domaine des rayons XUV compris en longueurs d?onde entre 10 et 20 nm. Ces sources sont les lasers x générés en cible solide et les harmoniques d?ordre élevés générées dans les gaz. Elles sont une alternative très intéressante au synchrotron en raison de leur haute brillance due à leur courte durée d?impulsion alliée à une grande cohérence spatiale et temporelle. L?objectif est d?atteindre un degré de performance pour ces sources qui leur permette d?être utilisées par des expérimentateurs venant d?autres domaines de la physique ou la biologie et cherchant une source fiable et facilement accessible d?irradiation ou d?imagerie. Jusqu?à présent des résultats d?applications très partiels et préliminaires ont été obtenus par diverses équipes dans le monde mais par manque de temps, d?accès aux sources laser et de collaborations continues et régulières avec des utilisateurs, ces expériences d?applications se sont réduites à de simples démonstrations de faisabilité sans réel impact sur les domaines explorés. Nous proposons de nous appuyer sur la station LASERIX financée il y a 5 ans par l?Université Paris XI. Elle repose sur un laser Infrarouge de très haute puissance pouvant délivrer jusqu?à 40 Joules dans des impulsions de durée picoseconde à la cadence de 0.1 Hz. Ce rayonnement est ensuite destiné à générer des laser X très intenses pour des applications haute énergie ou brillance. Nous souhaitons dans ce projet valoriser un autre aspect de cette station qui nous semble tout aussi pertinent pour d?autres applications et qui repose sur une ligne infrarouge existante de plus basse énergie (2 Joule par impulsion), mais plus haute cadence (10 Hz) et une puissance moyenne plus élevée. Ces caractéristiques permettent, grâce notamment aux récents travaux effectués par les chercheurs impliqués dans le projet sur d?autres installations laser européennes, de générer des sources XUV haute cadence et donc de puissance moyenne significative. Le projet ASOURIX propose donc d?installer et d?optimiser deux nouvelles lignes de lumière dédiées aux applications. La première basée sur la technologie laser X et la seconde sur la génération d?harmoniques d?ordres élevés. L?intérêt de ces deux lignes en parallèle est de disposer de deux sources dans la même gamme de longueur d?onde mais avec des propriétés très différentes, comme par exemple leur durée d?impulsion : picoseconde pour la ligne laser X, femtoseconde voir attoseconde pour la ligne harmonique, Les applications que nous souhaitons développer dans ce projet sont en nombre volontairement limité pour atteindre un niveau de performance élevé et permettre une collaboration soutenue et régulière avec des équipes d?utilisateurs. Nous voulons collaborer avec une équipe de biologistes du LCAM (Laboratoire des collisions Atomiques et Moléculaires) travaillant sur l?effet de l?irradiation de l?ADN par des photons de basse énergie. Le grand nombre de simples et doubles cassures induites dans ces conditions est encore inexpliqué quand on les compare à des expériences impliquant des rayons X durs. De plus amples séries de données expérimentales sont nécessaires pour mieux comprendre cet effet encore mal maiîrisé. Par ailleurs les biologistes souhaitent comprendre l?influence du débit de dose comparée à celle de la simple dose accumulée. Ces expériences pourront être faites sur nos lignes de lumière à différentes longueurs d?onde et différentes durées d?impulsion. Elles permettront aussi de mieux comprendre l?effet de catalyseurs de la réaction de destruction irréversible de l?ADN par irradiation comme l?adjonction de platine ou de nanoparticules dans la structure de la double hélice. Ce type de phénomène a une importance cruciale dans les traitements de chimiothérapie et radiothérapie du cancer. Nous collaborerons également avec une équipe de chercheurs du LPS (laboratoire de Physique du Solide) sur la production de premiers effets non linéaires dans cette gamme de longueur d?onde. Ceci ne pourra être obtenu que sur une source extrêmement brillante et parfaitement focalisée pour atteindre les intensités nécessaires à la production d?effets non linéaires. L?intérêt de ces expériences est une meilleure compréhension de la structure électronique de matériaux de haute technologie tels que les supraconducteurs haute température. Enfin nous développerons des expériences pompe sonde d?interférométrie résolue en temps à l?échelle picoseconde voire femtoseconde atteignant une résolution spatiale à l?échelle nanométrique. Elles permettront de caractériser avec une précision inégalée l?évolution de surfaces ou de plasmas denses.