Projet ANR-07-JCJC-0158 – NATALIE : Nuclear Activation Techniques for Analysis of Laser Induced Energetic particles
Programme : Jeunes chercheuses & jeunes chercheurs (JCJC) 2007
Année de financement : 2007
Coordinateur du projet : CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION  AQUITAINE LIMOUSIN (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION  AQUITAINE LIMOUSIN)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique
Montant : 150000.0 euros
Date de début : 2007
Durée : 36 mois
Résumé : La montée en puissance des lasers de haute intensité a engendré depuis quelques années un nouveau champ de recherche : l'accélération d'électrons et d'ions par des impulsions laser ultra brèves (femtoseconde) et de haute intensité (1E19W/cm²) interagissant avec des cibles solides ou gazeuses. Cependant la caractérisation des faisceaux ainsi générés est difficile et doit être améliorée. En effet ces faisceaux ont des distributions en énergie continues (de type Boltzmann pour les protons), et des intensités gigantesques (1E12 particules arrivant en quelques dizaines de picosecondes). Dans ces conditions les détecteurs standards de physique nucléaire ne peuvent être employés. Les spectromètres magnétiques ou les paraboles de Thomson ont de faibles angles solides et les détecteurs de trace (CR39) ou les films radio chromique (RCF) ne peuvent être utilisés qu'avec des flux de particules limités pour éviter leur saturation. Une méthode alternative consiste à utiliser des réactions nucléaires conduisant à une radioactivité ²+ du noyau fils obtenu. La radioactivité ²+ avec des temps de vie de l'ordre de la dizaine de minutes permet une détection post tir avec un excellent rapport signal sur bruit. Cette technique a été utilisée avec succès au cours de différentes expériences où des échantillons d'activation en cuivre ont été irradiés pour caractériser le nombre d'électrons et de protons accélérés par laser. -  Le rapide développement des lasers de puissance permettra d'obtenir d'ici quelques années, de très hauts flux de particules très énergétiques qui pourront être utilisés dans différents domaines. En physique des plasmas, la radiographie proton est utilisée pour caractériser les champs électriques et magnétiques régnant au sein des plasmas denses, opaques à la lumière. En physique nucléaire, les taux de réactions et les décroissances radioactives vont pouvoir être étudiés dans les conditions extrêmes que présentent les plasmas denses (1E27 particules chargées/m3) produits par l'interaction d'un laser sur cible solide, ou en présence du champ électrique intense d'un laser (1E11 V/cm). Par ailleurs, en plus de leurs hautes intensités, les faisceaux pulsés générés par laser sont brefs (quelques picosecondes) et ont une excellente émittance (quelques 1E-3 mm mrad), qualités appropriées pour être injectés dans des accélérateurs de haute énergie. Des applications médicales sont aussi possibles avec de tels flux de particules produits aisément à partir de lasers de faible encombrement. Ainsi des radio-isotopes pourront être créés par réactions nucléaires de la même manière qu'avec les cyclotrons. La technologie laser devrait permettre ainsi la multiplication de sites de production de traceurs radioactifs à proximité des patients. Cette proximité permettrait alors l'utilisation de radio-isotopes à durée de vie plus courte, limitant ainsi les quantités manipulées. Par ailleurs des projets existent aussi visant à directement utiliser ces faisceaux d'ions pour traiter des maladies par hadronthérapie comme cela est fait avec des accélérateurs traditionnels. -  Pour toutes ces applications une connaissance précise des caractéristiques du faisceau d'ions de haute intensité est indispensable. Nous proposons pour cela de développer un diagnostique basé sur l'activation nucléaire. Le nombre de particules accélérées composant le faisceau sera déduit du nombre de réactions induites dans des échantillons de matériaux appropriés. Par ailleurs, à partir du pouvoir d'arrêt des particules dans la matière, un empilement de feuilles d'échantillon d'épaisseur déterminée placé sur le trajet des ions permet de reconstruire la distribution en énergie du faisceau de particules incident. L'utilisation d'activation d'émetteurs bêta+ sera privilégiée parce que facile à caractériser. Par exemple, la caractérisation de faisceaux de protons sera faite à partir de la réaction (p,n) sur le 63Cu conduisant à l'émetteur bêta+ 63Zn ayant une durée de vie de 38 minutes. La