Stabilité à long terme d’un accélérateur laser-plasma kHz

L’accélération laser-plasma permet la génération et accélération de faisceaux d’électrons sur de très courtes distances grâce aux champs accélérateurs longitudinaux extrêmes, dépassant des plusieurs ordres de grandeur ceux des accélérateurs radio-fréquence conventionnels. Nous développons un accélérateur laser-plasma kilohertz qui profite d’une stabilité améliorée et un courant moyen important grâce au taux de répétition élevé. Récemment nous avons obtenu l’opération stable et continue pendant une période de 5 heures, avec un record mondial de plus de 18 millions de faisceaux d’électrons accélérés consécutifs. Cette performance était rendue possible par la stabilisation active du laser à plusieurs endroits dans la chaîne, ainsi que par l’utilisation d’une nouvelle buse à choc dissymétrique qui stabilise l’injection des électrons dans l’accélérateur.

Ces résultats, publiés dans Physical Review Accelerators and Beams représentent un pas important vers l’utilisation d’accélérateurs laser-plasma pour des applications comme la diffraction d’électrons ou des expériences de radio-biologie.  Cette stabilité améliorée nous a déjà permis d’utiliser notre accélérateur pour l’étude de l’effet sur la radio-toxicité du fractionnement de la dose délivrée sur des cellules de cancer.

Figure: Distribution d’énergie du faisceau d’électrons enregistré pendant 5 heures. Les données montrent un distribution extrêmement stable autour de 2 MeV pendant environ 3 heures. Données de L. Rovige et al., Phys. Rev. Acc. & Beams 23, 093401 (2020).

Rovige, J. Huijts, I. Andriyash, A. Vernier, V. Tomkus, V. Girdauskas, G. Raciukaitis, J. Dudutis, V. Stankevic, P. Gecys, M. Ouille, Z. Cheng, R. Lopez-Martens, and J. Faure, Demonstration of Stable Long-Term Operation of a Kilohertz Laser-Plasma Accelerator, Phys. Rev. Accel. Beams 23, 093401 (2020).