FR3114476A1 - Excitation device for transforming a gas into plasma in a dielectric capillary tube and laser-plasma accelerator. - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un dispositif d’excitation (10) adapté pour transformer un gaz en plasma dans un tube capillaire diélectrique. Ce dispositif (10) comprenant un câble électrique (11), au moins un canal (12), un tube capillaire (13) logé dans le canal (12), un anneau métallique (14) adapté pour transporter les ondes électromagnétiques du câble électrique (11) vers ledit tube capillaire, une couche (15) d’un matériau diélectrique entourant ledit anneau métallique (14). Figure pour l’abrégé : Fig. 2The invention relates to an excitation device (10) suitable for transforming a gas into plasma in a dielectric capillary tube. This device (10) comprising an electric cable (11), at least one channel (12), a capillary tube (13) housed in the channel (12), a metal ring (14) adapted to transport the electromagnetic waves of the electric cable (11) to said capillary tube, a layer (15) of dielectric material surrounding said metal ring (14). Figure for abstract: Fig. 2
Description
La présente invention concerne un dispositif d’excitation pour transformer un gaz en plasma dans un tube capillaire diélectrique et un accélérateur laser-plasma comprenant un ou plusieurs dispositifs d’excitation.The present invention relates to an excitation device for transforming a gas into plasma in a dielectric capillary tube and a laser-plasma accelerator comprising one or more excitation devices.
L’invention concerne la génération d’un plasma à partir d’un gaz dans un tube capillaire diélectrique. Par plasma, on entend un fluide constitué de particules ionisées. La génération de tel plasma dans des tubes diélectriques se fait de manière classique depuis les années 1970 en utilisant des surfatrons. Ces surfatrons ont notamment été divulgués dans la publication « The theory and characteristics of an efficient surface wave launcher (surfatron) producing long plasma columns », J. Phys. D : Appl. Phys 12, p2, 1979 ainsi que dans la demande de brevet FR7436378. Un surfatron peut exciter au moins un tube diélectrique qui en entrée reçoit un gaz et permet son ionisation pour créer un plasma. Ce tube doit présenter un diamètre externe de l’ordre du centimètre et un diamètre interne de l’ordre du millimètre. Or dans le cas de tubes capillaires, où le diamètre externe est de quelques centaines de µm et le diamètre interne encore plus petit, le dimensionnement d’un surfatron dit classique n’est plus optimisé car le faible diamètre externe du tube capillaire entraîne d’importantes fuites d’ondes électromagnétiques. Augmenter le diamètre externe du tube capillaire peut être une solution, mais si l’épaisseur de matière diélectrique de ce tube capillaire est trop importante, l’onde de surface générant le plasma est trop atténuée et ne peut plus se propager. Des surfatrons optimisés ont fait l’objet de plusieurs publications telles que « Hydrodynamic an thermal effects of continuous microwaves sustained plasma in capillary tubes, 2015 plasma Sources Sci. & Technol. 24 065007 (11pp) ; doi :10.1088/0963-0252/24/6/065007 ou « Microwave air plasmas in Capillaries at low pressure II, « Experimental investigation 2016 J. Phys. D : Appl. Phys. 49 (2016) 435202 (15pp) doi :10.1088/0022-3727/49/43/435202. Cependant, pour être résonnant à une fréquence donnée, le surfatron doit obéir à des contraintes géométriques imposées qui empêchent sa miniaturisation à la fois en longueur et en rayon. Pour rester résonant à une fréquence fixée, si on diminue le diamètre du surfatron il faut augmenter sa longueur, et inversement si on diminue la longueur du surfatron, il faut augmenter son diamètre.The invention relates to the generation of a plasma from a gas in a dielectric capillary tube. Plasma means a fluid made up of ionized particles. The generation of such plasma in dielectric tubes has been done in a conventional way since the 1970s using surfatrons. These surfatrons have notably been disclosed in the publication “The theory and characteristics of an efficient surface wave launcher (surfatron) producing long plasma columns”, J. Phys. D: Appl. Phys 12, p2, 1979 as well as in patent application FR7436378. A surfatron can excite at least one dielectric tube which at the input receives a gas and allows its ionization to create a plasma. This tube must have an external diameter of the order of a centimeter and an internal diameter of the order of a millimeter. However, in the case of capillary tubes, where the external diameter is a few hundred μm and the internal diameter even smaller, the sizing of a so-called classic surfatron is no longer optimized because the small external diameter of the capillary tube leads to significant leaks of electromagnetic waves. Increasing the external diameter of the capillary tube can be a solution, but if the thickness of the dielectric material of this capillary tube is too great, the surface wave generating the plasma is too attenuated and can no longer propagate. Optimized surfatrons have been the subject of several publications such as “Hydrodynamic an thermal effects of continuous microwaves sustained plasma in capillary tubes, 2015 plasma Sources Sci. & Technology. 24 065007 (11pp); doi:10.1088/0963-0252/24/6/065007 or “Microwave air plasmas in Capillaries at low pressure II, “Experimental investigation 2016 J. Phys. D: Appl. Phys. 49 (2016) 435202 (15pp) doi:10.1088/0022-3727/49/43/435202. However, to be resonant at a given frequency, the surfatron must obey imposed geometric constraints which prevent its miniaturization both in length and in radius. To remain resonant at a fixed frequency, if the diameter of the surfatron is reduced, its length must be increased, and conversely if the length of the surfatron is reduced, its diameter must be increased.
Un autre dispositif d’excitation, dit résonateur circulaire à fente ou « split ring resonator » en anglais, est divulgué dans le document US6917165. Ce document décrit l’utilisation d’un résonateur de type microstrip à des fréquences micro-ondes pour la production d’un plasma « non thermique » dans une fente située dans un même plan que le résonateur. Un autre document US2007/0170995 décrit la génération d’un plasma avec un « split ring resonator » et un élément permettant de faire circuler un gaz à travers un espace dudit « split ring resonator ». Du fait de sa géométrie semi-ouverte, le « split ring resonator » génère du rayonnement électromagnétique qui ne se couple pas au plasma. Des pertes importantes sont alors induites. De plus, il existe des risques de claquage et de créations d’arc électriques dans l’air existant au niveau de la fente dès lors que l’on souhaite augmenter la puissance micro-onde. Ces phénomènes peuvent dégrader les bords de la fente et par conséquent modifier la fréquence de résonance du système entraînant une durée de vie plus limitée. Ceci est d’autant plus critique que la réponse en fréquence de ce dispositif est très résonante, présentant un pic très fin en largeur spectrale, qui s’il se décale, peut vite ne plus coïncider en partie avec le pic d’émission du générateur micro-ondes, et donc empêcher l’allumage et le maintien du plasma.Another excitation device, called a circular split resonator or "split ring resonator" in English, is disclosed in the document US6917165. This document describes the use of a microstrip type resonator at microwave frequencies for the production of a "non-thermal" plasma in a slot located in the same plane as the resonator. Another document US2007/0170995 describes the generation of a plasma with a “split ring resonator” and an element making it possible to circulate a gas through a space of said “split ring resonator”. Due to its semi-open geometry, the “split ring resonator” generates electromagnetic radiation which does not couple to the plasma. Significant losses are then induced. In addition, there are risks of breakdown and creation of electric arcs in the air existing at the level of the slot when it is desired to increase the microwave power. These phenomena can degrade the edges of the slot and consequently modify the resonant frequency of the system leading to a more limited lifetime. This is all the more critical since the frequency response of this device is very resonant, presenting a very fine peak in spectral width, which if it shifts, can quickly no longer partly coincide with the emission peak of the generator. microwaves, and thus prevent ignition and maintenance of the plasma.
Il existe donc un besoin de proposer un dispositif d’excitation plus performant pour transformer un gaz en plasma dans un tube capillaire diélectrique, tout en ayant un faible encombrement.There is therefore a need to provide a more efficient excitation device for transforming a gas into plasma in a dielectric capillary tube, while having a small footprint.
La présente invention vise à remédier au moins en partie à ce besoin.The present invention aims to at least partially remedy this need.
Plus particulièrement, la présente invention vise à améliorer la génération d’un plasma à partir d’un gaz dans un tube capillaire diélectrique.More particularly, the present invention aims to improve the generation of a plasma from a gas in a dielectric capillary tube.
Un premier objet de l’invention concerne un dispositif d’excitation adapté pour transformer un gaz en plasma dans un tube capillaire diélectrique, ledit dispositif d’excitation comprenant un câble électrique, ledit câble électrique étant adapté pour transporter des ondes électromagnétiques. Le dispositif d’excitation comprend au moins un canal de diamètre interne Ditraversant de part en part ledit dispositif entre une entrée dudit canal et une sortie dudit canal. Le dispositif d’excitation comprend un tube capillaire logé dans ledit canal, ledit tube capillaire étant adapté pour faire circuler un gaz entre l’entrée dudit canal et la sortie dudit canal. Ledit dispositif d’excitation est apte à générer un plasma à l’intérieur dudit tube capillaire à partir dudit gaz. Le tube capillaire a un diamètre externe deinférieur au diamètre interne Didudit canal de sorte à avoir un espace entre ledit canal et ledit tube capillaire. Le dispositif d’excitation comprend un anneau métallique d’épaisseur EAdélimitant une zone centrale de rayon RC, ledit anneau métallique étant adapté pour transporter les ondes électromagnétiques du câble électrique vers ledit tube capillaire de sorte à transformer le gaz en plasma, ledit anneau métallique étant traversé par ledit tube capillaire. Le dispositif d’excitation comprend une couche d’un matériau diélectrique d’épaisseur EDsupérieure à l’épaisseur EAde l’anneau métallique, ladite couche entourant ledit anneau métallique.A first object of the invention relates to an excitation device suitable for transforming a gas into plasma in a dielectric capillary tube, said excitation device comprising an electric cable, said electric cable being adapted to transport electromagnetic waves. The excitation device comprises at least one channel of internal diameter D i crossing right through said device between an inlet of said channel and an outlet of said channel. The excitation device comprises a capillary tube housed in said channel, said capillary tube being adapted to circulate a gas between the inlet of said channel and the outlet of said channel. Said excitation device is able to generate a plasma inside said capillary tube from said gas. The capillary tube has an external diameter d e less than the internal diameter D i of said channel so as to have a space between said channel and said capillary tube. The excitation device comprises a metal ring of thickness E A delimiting a central zone of radius R C , said metal ring being suitable for transporting the electromagnetic waves from the electric cable to said capillary tube so as to transform the gas into plasma, said metal ring being crossed by said capillary tube. The excitation device comprises a layer of a dielectric material with a thickness E D greater than the thickness E A of the metal ring, said layer surrounding said metal ring.
Le dispositif d’excitation objet de l’invention, ci-après dénommé « striplastron », est un excitateur dont la géométrie est basée sur une « stripline » circulaire composée d’un anneau métallique encapsulé dans un matériau diélectrique. L’ensemble constitué de l’anneau métallique et du matériau diélectrique est pris en sandwich entre deux disques métalliques constituant un bâti. La totalité de l’épaisseur de la structure est percée d’un premier canal traversant l’anneau métallique et d’un second canal non traversant localisé à l’opposé du premier canal. Le second canal est adapté pour recevoir le câble électrique de sorte à injecter des ondes électromagnétiques dans l’ensemble. Le premier canal est adapté pour recevoir un tube capillaire. Un gaz est injecté dans le tube capillaire. Le diamètre interne du premier canal est supérieur au diamètre externe du tube capillaire de sorte à permettre une fuite d’ondes électromagnétiques à travers la paroi diélectrique sous forme d’ondes de surface qui vont créer et entretenir le plasma dans le tube capillaire. Le striplastron nécessite une pré-ionisation extérieure, c’est-à-dire un apport de particules chargées à l’état libre pour allumer le plasma. Cette pré-ionisation peut être réalisée de différentes manières, par exemple, à l’aide d’un appareil générant des arcs électriques par des pulses à très forte tension (également appelé « taser ») ou bien par une simple décharge de type décharge à barrière diélectrique.The excitation device that is the subject of the invention, hereinafter referred to as a "stripplastron", is an exciter whose geometry is based on a circular "stripline" composed of a metal ring encapsulated in a dielectric material. The assembly consisting of the metal ring and the dielectric material is sandwiched between two metal discs constituting a frame. The entire thickness of the structure is pierced by a first channel crossing the metal ring and a second non-through channel located opposite the first channel. The second channel is adapted to receive the electric cable so as to inject electromagnetic waves into the assembly. The first channel is adapted to receive a capillary tube. A gas is injected into the capillary tube. The internal diameter of the first channel is greater than the external diameter of the capillary tube so as to allow leakage of electromagnetic waves through the dielectric wall in the form of surface waves which will create and maintain the plasma in the capillary tube. The striplastron requires an external pre-ionization, i.e. a supply of charged particles in the free state to ignite the plasma. This pre-ionization can be carried out in different ways, for example, using a device generating electric arcs by very high voltage pulses (also called a “taser”) or else by a simple discharge of the discharge type at dielectric barrier.
Dans un mode de réalisation particulier, le diamètre interne du canal Diest au moins égale à 105% du diamètre externe dedu tube capillaire.In a particular embodiment, the internal diameter of the channel D i is at least equal to 105% of the external diameter d e of the capillary tube.
L’espace entre le diamètre interne du canal Diet le diamètre externe dedu tube capillaire est ainsi suffisamment important pour permettre la propagation des ondes de surface le long du tube capillaire et suffisamment petit pour limiter le rayonnement électromagnétique.The space between the internal diameter of the channel D i and the external diameter d e of the capillary tube is thus large enough to allow the propagation of surface waves along the capillary tube and small enough to limit electromagnetic radiation.
Dans un mode de réalisation particulier, le diamètre interne du canal Diest inférieur ou égal à 150% du diamètre externe dedu tube capillaire.In a particular embodiment, the internal diameter of the channel D i is less than or equal to 150% of the external diameter d e of the capillary tube.
On limite ainsi l’importance de l’espacement entre le canal et le tube capillaire de sorte à éviter une trop grande fuite d’ondes électromagnétiques le long du tube capillaire.This limits the importance of the spacing between the channel and the capillary tube so as to avoid excessive leakage of electromagnetic waves along the capillary tube.
Dans un mode de réalisation particulier, le tube capillaire a un diamètre interne dicompris entre 50 µm et 1 mm.In a particular embodiment, the capillary tube has an internal diameter d i of between 50 μm and 1 mm.
Avec un tel dimensionnement de diamètre interne, il est possible d’obtenir dans le tube capillaire de fortes densités d’espèces, c’est-à-dire de fortes densités d’électrons, d’ions, de radicaux ou de photons.With such a dimensioning of internal diameter, it is possible to obtain in the capillary tube high densities of species, that is to say high densities of electrons, ions, radicals or photons.
Dans un mode de réalisation particulier, le tube capillaire traverse l’anneau métallique au niveau d’un rayon moyen dudit anneau métallique.In a particular embodiment, the capillary tube passes through the metal ring at an average radius of said metal ring.
Dans un mode de réalisation particulier, la couche du matériau diélectrique est au moins en deux parties.In a particular embodiment, the layer of dielectric material is at least in two parts.
On facilite ainsi l’encapsulation de l’anneau métallique dans la couche de matériau diélectrique au moment de la fabrication du dispositif d’excitation.This facilitates the encapsulation of the metal ring in the layer of dielectric material at the time of manufacture of the excitation device.
Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif comprend un bâti entourant la couche de matériau diélectrique, ledit bâti délimitant une fente latérale, ladite fente latérale ayant une épaisseur Efinférieure à l’épaisseur EAde l’anneau métallique.In a particular embodiment, the device comprises a frame surrounding the layer of dielectric material, said frame defining a lateral slot, said lateral slot having a thickness E f less than the thickness E A of the metal ring.
La présence de la fente latérale permet un fonctionnement en mode « stripline » présentant un pic de résonnance avec une bonne largeur spectrale. Elle permet en outre de faciliter l’allumage du plasma.The presence of the lateral slit allows operation in “stripline” mode presenting a resonance peak with a good spectral width. It also facilitates the ignition of the plasma.
Dans un mode de réalisation particulier, le plan de séparation des parties de la couche de matériau diélectrique débouche dans la fente latérale.In a particular embodiment, the plane separating the parts of the layer of dielectric material opens into the lateral slot.
Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif d’excitation comprend des moyens pour couvrir partiellement ou en totalité ladite fente latérale, tels qu’un tissu antiradiation ou une coiffe métallique.In a particular embodiment, the excitation device comprises means for partially or totally covering said lateral slot, such as an anti-radiation fabric or a metal cap.
Le tissu antiradiation et la coiffe métallique permettent de limiter la fuite des ondes électromagnétiques. La coiffe métallique permet, en outre, de modifier le pic de résonnance du système en le décalant en fréquence (agissant ainsi comme une adaptation d’impédance).The anti-radiation fabric and the metal cap make it possible to limit the leakage of electromagnetic waves. The metal cap also makes it possible to modify the resonance peak of the system by shifting it in frequency (thus acting as an impedance adaptation).
Dans un mode de réalisation particulier, les ondes électromagnétiques ont une longueur d’onde λ et le rayon RCde la zone centrale de l’anneau métallique correspond à λ/(2π) +/- 10%.In a particular embodiment, the electromagnetic waves have a wavelength λ and the radius R C of the central zone of the metal ring corresponds to λ/(2π) +/- 10%.
Dans un mode de réalisation particulier, les ondes électromagnétiques ont une fréquence comprise entre 1 GHZ et 50 GHZ.In a particular embodiment, the electromagnetic waves have a frequency comprised between 1 GHZ and 50 GHZ.
Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif d’excitation comprend au moins deux tubes capillaires traversant l’anneau métallique respectivement au niveau de deux ouvertures d’anneau, lesdites ouvertures d’anneau étant angulairement distantes de 10 degrés +/- 10%.In a particular embodiment, the excitation device comprises at least two capillary tubes passing through the metal ring respectively at the level of two ring openings, said ring openings being angularly separated by 10 degrees +/- 10%.
Les tubes capillaires sont ainsi placés en parallèle dans le dispositif d’excitation. Il est alors possible de générer plusieurs plasmas simultanément tout en maitrisant l’encombrement du dispositif d’excitation.The capillary tubes are thus placed in parallel in the excitation device. It is then possible to generate several plasmas simultaneously while controlling the size of the excitation device.
Dans un mode de réalisation particulier, le câble électrique est un câble coaxial comprenant une âme, ladite âme comportant une extrémité adaptée pour être en contact avec l’anneau métallique pour le passage des ondes électromagnétiques entre ledit câble électrique et ledit anneau métallique, l’extrémité de ladite âme étant recourbée de sorte à augmenter une surface de contact entre ledit câble électrique et ledit anneau métallique.In a particular embodiment, the electric cable is a coaxial cable comprising a core, said core having one end adapted to be in contact with the metal ring for the passage of electromagnetic waves between said electric cable and said metal ring, the end of said core being curved so as to increase a contact surface between said electric cable and said metal ring.
On s’assure d’un contact pérenne entre le câble électrique et l’anneau métallique pour le transfert des ondes électromagnétiques.We ensure a lasting contact between the electric cable and the metal ring for the transfer of electromagnetic waves.
Un second objet de l’invention concerne un accélérateur laser-plasma comprenant un tube capillaire diélectrique rempli de plasma(s) généré(s) par un ou plusieurs dispositifs d’excitation conforme(s) au premier objet de l’invention.A second object of the invention relates to a laser-plasma accelerator comprising a dielectric capillary tube filled with plasma(s) generated by one or more excitation devices in accordance with the first object of the invention.
Les accélérateurs basés sur l’accélération laser-plasma ont vu leurs performances croître très rapidement ces dernières années. Ces accélérateurs sont maintenant capables de produire des faisceaux d’électrons piqués en énergie dans la gamme 1-10 Gigaélectronvolt (GeV) avec une durée de quelques femto secondes. Ces faisceaux constituent des sources de rayonnement aux propriétés remarquables dans une large gamme de fréquences allant du térahertz (THZ) au rayonnement gamma et ils ouvrent ainsi la possibilité de construire des lasers à électrons libres compacts alimentés par des accélérateurs laser-plasma accessibles à des institutions locales. Les plus hautes performances, en terme d’énergie finale des électrons, ont été obtenus avec les installations laser les plus puissantes, de l’ordre du pétawatt (PW) ou supérieure, et avec une efficacité limitée. L’augmentation de cette efficacité est devenue un enjeu majeur pour rendre les accélérateurs laser-plasma réellement compacts et, en tant que source de rayonnement, compétitifs pour les nombreuses applications envisagées. Cette efficacité dépend principalement de celle de la production du faisceau laser d’une part et du couplage entre ce faisceau et l’onde de plasma d’autre part. Les technologies d’amplification laser progressant rapidement, l’optimisation du couplage laser-plasma est devenue un enjeu majeur de l’accélération laser-plasma. Un des aspects les plus importants de ce couplage concerne le contrôle du guidage de hautes intensités laser sur des longueurs dix à cent fois plus élevées que la longueur de diffraction.Accelerators based on laser-plasma acceleration have seen their performance grow very rapidly in recent years. These accelerators are now capable of producing energy-spiked electron beams in the 1-10 Gigaelectronvolt (GeV) range with a duration of a few femtoseconds. These beams constitute radiation sources with remarkable properties in a wide frequency range from terahertz (THZ) to gamma radiation and they thus open up the possibility of building compact free-electron lasers powered by laser-plasma accelerators accessible to institutions. local. The highest performances, in terms of final energy of the electrons, were obtained with the most powerful laser installations, of the order of the petawatt (PW) or higher, and with limited efficiency. Increasing this efficiency has become a major challenge to make laser-plasma accelerators truly compact and, as a source of radiation, competitive for the many applications envisaged. This efficiency depends mainly on that of the production of the laser beam on the one hand and the coupling between this beam and the plasma wave on the other hand. As laser amplification technologies progress rapidly, the optimization of laser-plasma coupling has become a major issue in laser-plasma acceleration. One of the most important aspects of this coupling concerns the control of the guidance of high laser intensities over lengths ten to a hundred times greater than the diffraction length.
Le principe général de l’accélération laser-plasma est le suivant : un laser de haute intensité focalisé dans une cible gazeuse inonise le gaz et génère sur les électrons libres créés une force pondéromotrice proportionnelle au gradient de son intensité. Cette force expulse les électrons de la zone proche de l’axe de propagation où l’intensité est maximale. Les ions, plus lourds, étant peu sensibles à cette force, il y a une séparation de charges qui génère un champ électrique tendant à ramener les électrons vers leur position d’équilibre, conduisant ainsi à une oscillation de ces électrons et à une onde de sillage se propageant à la vitesse de groupe du laser. Les champs générés dans le sillage de cette onde peuvent être de très forte amplitude. Il existe une zone de l’onde de sillage où le champ électrique longitudinal est négatif et le champ transverse positif. Un faisceau d’électrons injecté dans cette zone est donc à la fois accéléré et focalisé, conditions nécessaires pour un accélérateur. Pour que ces électrons restent en interaction avec l’onde ils doivent être relativistes.The general principle of laser-plasma acceleration is as follows: a high intensity laser focused in a gaseous target inonizes the gas and generates on the free electrons created a ponderomotive force proportional to the gradient of its intensity. This force expels the electrons from the zone close to the axis of propagation where the intensity is maximum. The heavier ions being insensitive to this force, there is a separation of charges which generates an electric field tending to bring the electrons back to their equilibrium position, thus leading to an oscillation of these electrons and to a wave of wake propagating at the group speed of the laser. The fields generated in the wake of this wave can be of very high amplitude. There is a zone of the wake wave where the longitudinal electric field is negative and the transverse field positive. An electron beam injected into this area is therefore both accelerated and focused, necessary conditions for an accelerator. For these electrons to remain in interaction with the wave, they must be relativistic.
Dans les configurations actuellement développées pour l’accélération laser-plasme, le guidage de hautes intensités laser est réalisé en créant un gradient radial de densité électronique dans un canal de plasma. Ce canal est généré à partir d’une ionisation complète du gaz, soit par une décharge de haute puissance dans un capillaire, soit par une pré-impulsion laser, soit encore en combinant ces deux méthodes. Cependant, le degré d’ionisation initial du gaz n’a pas d’influence pour le guidage laser aux intensités laser pertinentes pour l’accélération laser-plasma, ce qui importe c’est la densité totale d’électrons qu’ils soient libres ou liés. Toutefois, le contrôle de la quantité d’électrons disponibles le long du rayon, à l’intérieur du tube capillaire, peut être réalisé en contrôlant le gradient de densité de gaz radialement. La présence d’une décharge électrique de haute densité produite, par exemple, par micro-ondes, permet un tel contrôle.In the configurations currently developed for laser-plasma acceleration, the guidance of high laser intensities is achieved by creating a radial gradient of electron density in a plasma channel. This channel is generated from a complete ionization of the gas, either by a high power discharge in a capillary, or by a laser pre-pulse, or even by combining these two methods. However, the degree of initial ionization of the gas has no influence for laser guidance at relevant laser intensities for laser-plasma acceleration, what matters is the total density of electrons whether they are free or related. However, controlling the amount of electrons available along the radius, inside the capillary tube, can be achieved by controlling the gas density gradient radially. The presence of a high-density electrical discharge produced, for example, by microwaves, allows such control.
Il existe aujourd’hui un besoin de proposer un accélérateur laser-plasma plus performant, tout en ayant un faible encombrement.Today there is a need to offer a more efficient laser-plasma accelerator, while having a small footprint.
Dans un mode de réalisation particulier, l’accélérateur laser-plasma comprend au moins deux dispositifs d’excitation adaptés pour transformer un gaz en plasma, chaque dispositif d’excitation comportant un tube capillaire traversant de part en part ledit dispositif d’excitation entre une entrée dudit tube et une sortie dudit tube. Le tube capillaire est adapté pour faire circuler un gaz entre l’entrée du tube et la sortie dudit tube. Le dispositif d’excitation est apte à générer un plasma à l’intérieur dudit tube capillaire à partir dudit gaz. Les tubes capillaires des deux dispositifs d’excitations sont reliés entre eux.In a particular embodiment, the laser-plasma accelerator comprises at least two excitation devices suitable for transforming a gas into plasma, each excitation device comprising a capillary tube passing right through said excitation device between a inlet of said tube and an outlet of said tube. The capillary tube is adapted to circulate a gas between the inlet of the tube and the outlet of said tube. The excitation device is capable of generating a plasma inside said capillary tube from said gas. The capillary tubes of the two excitation devices are interconnected.
Ainsi, il est possible de réaliser un accélérateur laser-plasma présentant une grande compacité. On notera que les tubes capillaires sont reliés entre eux et forment ainsi un tube capillaire général. En injectant de la puissance micro-onde dans les dispositifs d’excitation, des plasmas sont générés à l’intérieur dudit tube capillaire général.Thus, it is possible to produce a laser-plasma accelerator having great compactness. It will be noted that the capillary tubes are interconnected and thus form a general capillary tube. By injecting microwave power into the excitation devices, plasmas are generated inside said general capillary tube.
Dans un mode de réalisation particulier, l’accélérateur laser-plasma comprend un injecteur de gaz et au moins une pompe d’aspiration de gaz. L’injecteur de gaz est adapté pour injecter le gaz dans les tubes capillaires. La pompe d’aspiration est adaptée pour aspirer le gaz en sortie des tubes capillaires et favoriser son déplacement dans lesdits tubes.In a particular embodiment, the laser-plasma accelerator comprises a gas injector and at least one gas suction pump. The gas injector is suitable for injecting gas into capillary tubes. The suction pump is adapted to suck the gas leaving the capillary tubes and promote its movement in said tubes.
Dans un mode de réalisation particulier, la sortie du tube capillaire d’un premier dispositif d’excitation est reliée à l’entrée du tube capillaire d’un second dispositif d’excitation, ledit premier dispositif d’excitation et ledit second dispositif d’excitation étant montés en série.In a particular embodiment, the output of the capillary tube of a first excitation device is connected to the input of the capillary tube of a second excitation device, said first excitation device and said second excitation being connected in series.
Dans un mode de réalisation particulier, l’injecteur de gaz est relié à l’entrée du tube capillaire du premier dispositif d’excitation et la pompe d’aspiration de gaz est reliée à la sortie du tube capillaire du second dispositif d’excitation.In a particular embodiment, the gas injector is connected to the inlet of the capillary tube of the first excitation device and the gas suction pump is connected to the outlet of the capillary tube of the second excitation device.
Dans une variante de réalisation particulière, l’entrée du tube capillaire d’un premier dispositif d’excitation est reliée à l’entrée du tube capillaire d’un second dispositif d’excitation. Le premier dispositif d’excitation et le second dispositif d’excitation sont montés selon une configuration en T.In a particular embodiment variant, the inlet of the capillary tube of a first excitation device is connected to the inlet of the capillary tube of a second excitation device. The first excitation device and the second excitation device are mounted in a T configuration.
Dans un mode de réalisation particulier, l’injecteur de gaz est relié aux deux entrées des tubes capillaires du premier dispositif d’excitation et du second dispositif d’excitation, chaque sortie des tubes capillaires du premier dispositif d’excitation et du second dispositif d’excitation étant reliée à une pompe d’aspiration de gaz.In a particular embodiment, the gas injector is connected to the two inlets of the capillary tubes of the first excitation device and of the second excitation device, each outlet of the capillary tubes of the first excitation device and of the second excitation device excitation being connected to a gas suction pump.
Dans un mode de réalisation particulier, les dispositifs d’excitation sont alimentés par au moins un générateur d’ondes électromagnétiques.In a particular embodiment, the excitation devices are powered by at least one electromagnetic wave generator.
Dans un mode de réalisation particulier, le générateur d’ondes électromagnétiques comprend un générateur à base de magnétron. Un magnétron est un dispositif qui transforme l’énergie cinétique en énergie électromagnétique sous forme de micro-ondes. C’est un tube à vide sans grille où les électrons émis par une cathode se dirigent vers une anode mais sont déviés par un champ magnétique en une trajectoire en spirale. L’interaction entre le faisceau d’électrons et l’anode produit l’onde électromagnétique. Un générateur d’ondes électromagnétiques comprenant un magnétron présente une fréquence d’émission qui varie avec la puissance délivrée (par opposition aux générateurs de type état solide), ce qui facilite l’allumage du plasma. L’utilisation d’un tel générateur est possible car la réponse en fréquence du striplastron est large.In a particular embodiment, the electromagnetic wave generator comprises a magnetron-based generator. A magnetron is a device that converts kinetic energy into electromagnetic energy in the form of microwaves. It is a gridless vacuum tube where electrons emitted from a cathode travel to an anode but are deflected by a magnetic field into a spiral path. The interaction between the electron beam and the anode produces the electromagnetic wave. An electromagnetic wave generator comprising a magnetron has an emission frequency which varies with the power delivered (as opposed to solid state type generators), which facilitates the ignition of the plasma. The use of such a generator is possible because the frequency response of the striplastron is wide.
Dans un mode de réalisation particulier, le générateur d’ondes électromagnétiques comprend un générateur de type état solide. Avec un tel générateur de type état solide, un ajustement en fréquence est possible facilitant l’allumage du plasma.In a particular embodiment, the electromagnetic wave generator comprises a solid state type generator. With such a solid-state generator, frequency adjustment is possible to facilitate plasma ignition.
Dans un mode de réalisation particulier, l’accélérateur comprend un diviseur de puissance en sortie du générateur d’ondes électromagnétiques.In a particular embodiment, the accelerator comprises a power divider at the output of the electromagnetic wave generator.
Dans un mode de réalisation particulier, l’accélérateur comprend au moins un déphaseur d’ondes électromagnétiques.In a particular embodiment, the accelerator comprises at least one electromagnetic wave phase shifter.
Dans un mode de réalisation particulier, l’accélérateur comprend au moins un adaptateur d’impédance.In a particular embodiment, the accelerator comprises at least one impedance matcher.
Dans un mode de réalisation particulier, le gaz est composé d’un mélange d’hélium et d’argon, la proportion dudit argon dans ledit mélange étant inférieur à 10%.In a particular embodiment, the gas is composed of a mixture of helium and argon, the proportion of said argon in said mixture being less than 10%.
Dans un mode de réalisation particulier, l’accélérateur laser-plasma comprend au moins un dispositif d’excitation conformément au premier objet.In a particular embodiment, the laser-plasma accelerator comprises at least one excitation device in accordance with the first object.
Des travaux réalisés ont montré que le plasma créé par un striplastron produit des gradients de densité transverse d’atomes très importants dans un plasma où le degré d’ionisation est typiquement de 10-3à 10-2. Le coefficient de diffusion thermique des électrons libres étant très largement supérieur à celui des atomes, la décharge micro-onde permet d’obtenir les gradients transverses requis pour l’accélérateur laser-plasma avec une dépense énergétique optimisée. De plus, des simulations numériques ont montré que la forme du profil transverse en densité électronique dans la décharge micro-onde apparaît comme optimale pour un étage accélérateur basé sur l’accélérateur laser-plasma conduisant à des énergies supérieures au GeV. Le guidage de hautes intensités laser par le striplastron est particulièrement attractif pour s’intégrer dans une configuration d’accélérateur laser plasma à très hautes énergies.Work carried out has shown that the plasma created by a striplastron produces very large transverse atom density gradients in a plasma where the degree of ionization is typically 10 -3 to 10 -2 . The thermal diffusion coefficient of the free electrons being very much higher than that of the atoms, the microwave discharge makes it possible to obtain the transverse gradients required for the laser-plasma accelerator with an optimized energy expenditure. Moreover, numerical simulations have shown that the shape of the transverse electron density profile in the microwave discharge appears to be optimal for an accelerator stage based on the laser-plasma accelerator leading to energies greater than the GeV. The guidance of high laser intensities by the striplastron is particularly attractive for integration into a very high energy plasma laser accelerator configuration.
Dans un mode de réalisation particulier, l’accélérateur laser-plasma comprend au moins deux dispositifs d’excitation conformément au premier objet.In a particular embodiment, the laser-plasma accelerator comprises at least two excitation devices in accordance with the first object.
L’utilisation de deux striplastrons, dans une configuration en série, permet d’améliorer l’uniformité du plasma sur des longueurs plus grandes, typiquement, sur des longueurs de 5 à 10 cm. Ainsi, il est possible d’avoir un plasma continu entre ces deux striplastrons. Dès lors, on obtient un profil de densité longitudinal de plasma le plus homogène possible, ce qui ouvre la voie à des applications de guidage par plasma d’impulsions laser de forte puissance dans des tubes capillaires. L’utilisation d’un gaz comprenant un mélange d’hélium et d’argon dans lequel la proportion de cet argon est inférieure ou égale à 10%, est particulièrement adaptée dans cette configuration.The use of two striplastrons, in a series configuration, makes it possible to improve the uniformity of the plasma over longer lengths, typically, over lengths of 5 to 10 cm. Thus, it is possible to have a continuous plasma between these two striplastrons. As a result, a longitudinal plasma density profile is obtained that is as homogeneous as possible, which opens the way to applications of plasma guidance of high-power laser pulses in capillary tubes. The use of a gas comprising a mixture of helium and argon in which the proportion of this argon is less than or equal to 10%, is particularly suitable in this configuration.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de modes de réalisation pris à titre d’exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels :The present invention will be better understood on reading the detailed description of embodiments taken by way of non-limiting examples and illustrated by the appended drawings in which:
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation et variantes présentées et d’autres modes de réalisation et variantes apparaîtront clairement à l’homme du métier.The invention is not limited to the embodiments and variants presented and other embodiments and variants will appear clearly to those skilled in the art.
Sur les différentes figures, les éléments identiques ou similaires portent les mêmes références.In the various figures, identical or similar elements bear the same references.
La
- un câble électrique 11 ;
- un canal 12 ;
- un tube capillaire 13 ;
- un anneau métallique 14 ;
- une couche 15 d’un matériau diélectrique ;
- un bâti 16.There
- an electric cable 11;
- a channel 12;
- a capillary tube 13;
- a metal ring 14;
- A layer 15 of a dielectric material;
- a frame 16.
Le câble électrique 11 est ici un câble coaxial comprenant un conducteur central ou âme 11A et un diélectrique 11B entourant ladite âme 11A. L’âme 11A comprend du cuivre. Cette âme 11A peut être monobrin ou multibrin. Le diélectrique 11B a pour fonction d’isoler électriquement l’âme 11A. Il est composé d’un matériau diélectrique, tel que de la silice, de la céramique ou autres. Le câble électrique 11 peut comprendre également un blindage en cuivre (non représenté) entourant le diélectrique 11B et une gaine extérieure en plastique (non représentée). Le câble électrique est adapté pour transporter des ondes électromagnétiques. Par « onde électromagnétique », on entend le support d’un transfert d’énergie linéaire. L’onde électromagnétique se manifeste ainsi sous la forme d’un champ électrique couplé à un champ magnétique. Les ondes électromagnétiques sont caractérisées par une longueur d’onde λ et une fréquence f. Les ondes électromagnétiques ont ici une fréquence f comprise entre 1 GHZ et 50 GHZ.The electrical cable 11 is here a coaxial cable comprising a central conductor or core 11A and a dielectric 11B surrounding said core 11A. Core 11A includes copper. This core 11A can be single-stranded or multi-stranded. The function of dielectric 11B is to electrically insulate core 11A. It is made of a dielectric material, such as silica, ceramic or others. Electrical cable 11 may also include a copper shield (not shown) surrounding dielectric 11B and an outer plastic sheath (not shown). The electric cable is adapted to carry electromagnetic waves. By “electromagnetic wave”, we mean the support of a linear energy transfer. The electromagnetic wave thus manifests itself in the form of an electric field coupled to a magnetic field. Electromagnetic waves are characterized by a wavelength λ and a frequency f. The electromagnetic waves here have a frequency f between 1 GHZ and 50 GHZ.
Le canal 12 traverse de part en part le dispositif d’excitation 10. Ce canal 12 possède une entrée 12A et une sortie 12B représentées plus particulièrement sur la
Le tube capillaire 13 est logé dans le canal 12. Ce tube capillaire 13 comprend une entrée 13A et une sortie 13B. Le tube capillaire 13 est ainsi adapté pour faire circuler un gaz entre l’entrée 12A du canal et la sortie 12B de ce même canal et générer un plasma dans ledit tube capillaire 13. Par « gaz », on entend un fluide simple. En variante, le terme « gaz » recouvre un mélange de différents gaz. Un tel mélange de gaz est par exemple un mélange d’hélium et d’argon, la proportion dudit argon dans ledit mélange étant inférieure ou égale à 10%. Le tube capillaire 13 a un diamètre interne diet un diamètre externe de. Le diamètre interne diest compris entre 50 µm et 1 mm. Le diamètre externe dedu tube capillaire 13 est quant à lui inférieur au diamètre interne Didu canal 12 de sorte à avoir un espace entre ledit canal 12 et le tube capillaire 13. Cet espace va permettre la propagation d’une onde de surface capable d’initier et de maintenir un plasma dans le tube capillaire 13. De préférence, le diamètre interne Didu canal 12 est au moins égal à 105 % du diamètre externe dedu tube capillaire 13. De préférence, le diamètre interne Didu canal 12 est inférieur ou égal à 150% du diamètre externe dedu tube capillaire 13.The capillary tube 13 is housed in the channel 12. This capillary tube 13 comprises an inlet 13A and an outlet 13B. The capillary tube 13 is thus adapted to cause a gas to circulate between the inlet 12A of the channel and the outlet 12B of this same channel and to generate a plasma in the said capillary tube 13. By "gas" is meant a simple fluid. Alternatively, the term “gas” covers a mixture of different gases. Such a gas mixture is for example a mixture of helium and argon, the proportion of said argon in said mixture being less than or equal to 10%. The capillary tube 13 has an internal diameter d i and an external diameter d e . The internal diameter d i is between 50 μm and 1 mm. The external diameter d e of the capillary tube 13 is itself smaller than the internal diameter D i of the channel 12 so as to have a space between said channel 12 and the capillary tube 13. This space will allow the propagation of a surface wave capable of initiating and maintaining a plasma in the capillary tube 13. Preferably, the internal diameter D i of the channel 12 is at least equal to 105% of the external diameter d e of the capillary tube 13. Preferably, the internal diameter D i of channel 12 is less than or equal to 150% of the external diameter d e of capillary tube 13.
L’anneau métallique 14 est en contact avec l’âme 11B du câble électrique 11 pour le passage des ondes électromagnétiques. Plus particulièrement, ce contact est établi par une extrémité adaptée de ladite âme 11B. Préférentiellement, l’extrémité de l’âme 11B est recourbée de sorte à augmenter la surface de contact entre le câble électrique 11 et l’anneau métallique 14. L’anneau métallique 14 est adapté pour transporter les ondes électromagnétiques du câble électrique 11 vers le tube capillaire 13. Ce tube capillaire 13 traverse l’anneau métallique 14 de sorte que les ondes électromagnétiques vont produire un champ électrique dans le tube capillaire 13. Ce champ électrique va alors transformer le gaz en plasma dans ledit tube capillaire 13. Dans un mode de réalisation préférentielle, le tube capillaire 13 traverse l’anneau métallique 14 au niveau d’un rayon moyen Rm dudit anneau métallique. L’anneau métallique 14 a une épaisseur EA et il délimite une zone centrale de rayon RC comme cela est illustré à la
L’anneau métallique 14 est ici entouré totalement par une couche 15 d’un matériau diélectrique d’épaisseur EDsupérieure à l’épaisseur EA dudit anneau métallique 14. Le matériau diélectrique de la couche est choisi parmi une liste de matériaux isolants électriquement tel que :
- du téflon ;
- de la silice ;
- de la céramique ;
- du plastique, etc…The metal ring 14 is here completely surrounded by a layer 15 of a dielectric material of thickness EDgreater than the thickness EAT said metal ring 14. The dielectric material of the layer is chosen from a list of electrically insulating materials such as:
- Teflon;
- silica;
- ceramics;
- plastic, etc.
Dans un mode de réalisation particulier illustré à la
La couche 15 de matériau diélectrique est entourée par un bâti 16 en deux parties. Ce bâti 16 délimite une fente latérale 17 d’épaisseur Ef inférieure à l’épaisseur EAde l’anneau métallique 14.The layer 15 of dielectric material is surrounded by a frame 16 in two parts. This frame 16 delimits a lateral slot 17 of thickness Ef less than the thickness EATof the metal ring 14.
Préférentiellement, le dispositif d’excitation 10 comprend un tissu antiradiation adapté ou une coiffe métallique venant couvrir partiellement ou en totalité la fente latérale 17.Preferably, the excitation device 10 comprises a suitable anti-radiation fabric or a metal cap coming to partially or totally cover the lateral slot 17.
La
La
La
Dans les modes de réalisation des figures 5 et 6, les dispositifs d’excitation 110, 120 sont alimentés par un même générateur d’ondes électromagnétiques (non représenté). En variante, chaque dispositif d’excitation 110, 120 est alimenté par son propre générateur d’ondes électromagnétiques.In the embodiments of Figures 5 and 6, the excitation devices 110, 120 are powered by the same electromagnetic wave generator (not shown). Alternatively, each excitation device 110, 120 is powered by its own electromagnetic wave generator.
Préférentiellement, le générateur d’ondes électromagnétiques comprend un générateur à base de magnétron.Preferably, the electromagnetic wave generator comprises a magnetron-based generator.
Préférentiellement, le générateur d’ondes électromagnétiques comprend un générateur de type état solide.Preferably, the electromagnetic wave generator comprises a solid state type generator.
Préférentiellement, l’accélérateur laser-plasma 100 comprend un diviseur de puissance en sortie du générateur d’ondes électromagnétiques.Preferably, the laser-plasma accelerator 100 comprises a power divider at the output of the electromagnetic wave generator.
Préférentiellement, l’accélérateur laser-plasma 100 comprend au moins un déphaseur d’ondes électromagnétiques.Preferably, the laser-plasma accelerator 100 comprises at least one electromagnetic wave phase shifter.
Préférentiellement, l’accélérateurs laser-plasma 100 comprend au moins un adaptateur d’impédance.Preferably, the laser-plasma accelerators 100 comprise at least one impedance adapter.
Un des dispositifs d’excitation 110, 120 de l’accélérateur laser-plasma 100 des figures 5 et 6 correspond au striplastron des figures 1 à 3. Comme il a déjà été précisé, un tel striplastron comprend :
- un câble électrique, ledit câble électrique étant adapté pour transporter des ondes électromagnétiques ;
- un canal de diamètre interne traversant de part en part le striplastron entre une entrée dudit canal et une sortie dudit canal ;
- un tube capillaire logé dans ledit canal, ledit tube capillaire étant adapté pour faire entrer un gaz au niveau de l’entrée dudit canal et pour faire sortir un plasma au niveau de la sortie dudit canal. Ce tube capillaire a un diamètre externe inférieur au diamètre interne dudit canal de sorte à avoir un espace non nul entre ledit canal et ledit tube capillaire.
- un anneau métallique délimitant une zone centrale de rayon, ledit anneau métallique étant adapté pour transporter les ondes électromagnétiques du câble électrique vers ledit tube capillaire de sorte à transformer le gaz en plasma, ledit anneau métallique étant traversé par ledit tube capillaire ;
- une couche d’un matériau diélectrique d’épaisseur supérieure à l’épaisseur de l’anneau métallique, ladite couche entourant totalement ledit anneau métallique pour l’isolation dudit anneau métallique.One of the excitation devices 110, 120 of the laser-plasma accelerator 100 of FIGS. 5 and 6 corresponds to the stripplastron of FIGS. 1 to 3. As already specified, such a stripplastron comprises:
- an electric cable, said electric cable being suitable for transporting electromagnetic waves;
- A channel of internal diameter crossing right through the stripplastron between an inlet of said channel and an outlet of said channel;
- a capillary tube housed in said channel, said capillary tube being adapted to bring in a gas at the inlet of said channel and to bring out a plasma at the outlet of said channel. This capillary tube has an external diameter smaller than the internal diameter of said channel so as to have a non-zero space between said channel and said capillary tube.
- a metal ring delimiting a central zone of radius, said metal ring being adapted to transport the electromagnetic waves from the electric cable to said capillary tube so as to transform the gas into plasma, said metal ring being traversed by said capillary tube;
- A layer of a dielectric material with a thickness greater than the thickness of the metal ring, said layer completely surrounding said metal ring for the insulation of said metal ring.
Préférentiellement, tous les dispositifs d’excitation 110, 120 de l’accélérateur laser-plasma sont des striplastrons.Preferably, all the excitation devices 110, 120 of the laser-plasma accelerator are striplastrons.
En variante, au moins un des dispositifs d’excitation 110, 120 est différent du striplastron. Cela peut être un résonateur circulaire à fente tel que celui divulgué dans le document US6917165.Alternatively, at least one of the excitation devices 110, 120 is different from the striplastron. This may be a circular slotted resonator such as that disclosed in document US6917165.
Le dispositif d’excitation objet de l’invention apporte, ainsi, les avantages suivants :
- il est compact ;
- il est facilement industrialisable ;
- il se caractérise par un faible coût ;
- il permet d’obtenir un plasma de haute densité dans des petits volumes, tels que des tubes capillaires, avec de forts gradients de densité radiale et est ainsi utilisable dans des dispositifs de type accélérateur laser-plasma ;
- il a une facilité d’allumage du fait de sa réponse spectrale large et est donc flexible à des faibles variations de fréquence de la source d’excitation et/ou à des faibles variations géométriques du système ;
- il permet l’allumage simultané de plusieurs plasmas dans des tubes capillaires diélectriques le traversant tout en étant parallèles entre eux.The excitation device that is the subject of the invention thus provides the following advantages:
- it is compact;
- it is easily industrializable;
- it is characterized by low cost;
- it makes it possible to obtain a high-density plasma in small volumes, such as capillary tubes, with strong radial density gradients and can thus be used in devices of the laser-plasma accelerator type;
- it is easy to ignite due to its broad spectral response and is therefore flexible to small frequency variations of the excitation source and/or to small geometric variations of the system;
- it allows the simultaneous ignition of several plasmas in dielectric capillary tubes crossing it while being parallel to each other.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation et variantes présentées et d’autres modes de réalisation et variantes apparaîtront clairement à l’homme du métier.The invention is not limited to the embodiments and variants presented and other embodiments and variants will appear clearly to those skilled in the art.
Ainsi, l’accélérateur laser-plasma comprend un nombre de dispositifs d’excitation supérieur à 2. Dans un tel cas, toutes les combinaisons entre les différents types de dispositif d’excitation adaptés (striplastron, résonateur circulaire à fente) sont possibles.Thus, the laser-plasma accelerator comprises a number of excitation devices greater than 2. In such a case, all combinations between the different types of adapted excitation device (stripplastron, circular slot resonator) are possible.
Claims (27)
- un câble électrique (11), ledit câble électrique étant adapté pour transporter des ondes électromagnétiques ;
- au moins un canal (12) de diamètre interne Ditraversant de part en part ledit dispositif d’excitation entre une entrée (12A) dudit canal et une sortie (12B) dudit canal ;
- un tube capillaire (13) diélectrique logé dans ledit canal (12), ledit tube capillaire (13) étant adapté pour faire circuler un gaz entre l’entrée (12A) dudit canal et la sortie (12B) dudit canal, ledit dispositif d’excitation (10) étant apte à générer un plasma à l’intérieur dudit tube capillaire à partir dudit gaz, ledit tube capillaire (13) ayant un diamètre externe deinférieur au diamètre interne Didudit canal (12) de sorte à avoir un espace entre ledit canal (12) et ledit tube capillaire (13) ;
- un anneau métallique (14) d’épaisseur EA délimitant une zone centrale de rayon RC, ledit anneau métallique (14) étant adapté pour transporter les ondes électromagnétiques du câble électrique (11) vers ledit tube capillaire (13) de sorte à transformer le gaz en plasma, ledit anneau métallique (14) étant traversé par ledit tube capillaire (13) ;
- une couche (15) d’un matériau diélectrique d’épaisseur EDsupérieure à l’épaisseur EAde l’anneau métallique (14), ladite couche (15) entourant ledit anneau métallique (14).Excitation device suitable for transforming a gas into plasma, said excitation device (10) comprising:
- an electric cable (11), said electric cable being suitable for transporting electromagnetic waves;
- at least one channel (12) of internal diameter DIcrossing right through said excitation device between an input (12A) of said channel and an output (12B) of said channel;
- a dielectric capillary tube (13) housed in said channel (12), said capillary tube (13) being adapted to circulate a gas between the inlet (12A) of said channel and the outlet (12B) of said channel, said device for excitation (10) being able to generate a plasma inside said capillary tube from said gas, said capillary tube (13) having an external diameter ofesmaller than internal diameter DIsaid channel (12) so as to have a space between said channel (12) and said capillary tube (13);
- a metal ring (14) of thickness EAT delimiting a central zone of radius RVS, said metal ring (14) being adapted to transport the electromagnetic waves from the electrical cable (11) to said capillary tube (13) so as to transform the gas into plasma, said metal ring (14) being crossed by said capillary tube (13 );
- a layer (15) of a dielectric material of thickness EDgreater than the thickness EATof the metal ring (14), said layer (15) surrounding said metal ring (14).
- un injecteur de gaz (130);
- au moins une pompe d’aspiration de gaz (140 ; 140A, 140B).A laser-plasma accelerator according to any of claims 14 or 15, wherein said laser-plasma accelerator (100) comprises:
- a gas injector (130);
- at least one gas suction pump (140; 140A, 140B).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
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| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20220325 |
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