Expertises
Interaction laser-matière et applications , Accélération des particules et applications
- Professeur
Centre Énergie Matériaux Télécommunications
1650, boulevard Lionel-Boulet
Varennes (Québec) J3X 1P7
CANADA
Intérêts de recherche
Les recherches actuelles du professeur Patrizio Antici visent à paramétrer et à améliorer des faisceaux de protons et d’électrons accélérés par laser afin de leur donner diverses applications. Chaque recherche touche un champ d’application particulier allant des nanosciences et technologies à la biomédecine, en passant par la femtochimie et la science des matériaux. Les travaux seront réalisés en collaboration avec d’autres groupes éminents. Ils comportent trois volets :
1- Génération de faisceaux de protons ultralumineux et ultracourts par laser-plasma et applications
La génération par laser d’un faisceau de protons maîtrisable aux paquets sub-ps et de courant kA ouvrirait la voie à des applications inédites. Pour trouver les composants essentiels d’un tel faisceau, j’étudie le bombardement de différentes cibles (cible cryogénique, bande de cible, bande de tableau, cible nanostructurée), la manipulation et le transport du faisceau (sélecteur d’énergie, dispositif de concentration) et les diagnostics (spectromètres à taux de répétition élevé, mesures en temps réel).
- 1 a – Synthèse de nanocristaux de précision subnanométrique
La production courante de nanocristaux à la forme, aux dimensions et à la cristallinité contrôlées est un défi industriel de taille qui revêt une importance stratégique dans de nombreux champs d’applications, notamment en électronique et en médecine. En bombardant une cible de particules très énergétiques (en particulier des protons), on obtient la température et la pression nécessaires à la synthèse de structures cristallines. La courte durée de l’impulsion limite la durée de la nucléation à l’intervalle ps-ns, interrompant le processus dans sa phase cristalline et prévenant l’agrégation de structures amorphes. Partant de ces propriétés, je me penche sur l’utilisation de protons générés par laser comme moyen de synthétiser des surfaces nanostructurées et des solutions colloïdales dont les nanomatériaux sont des cristaux de forme, de dimensions et de cristallinité bien définies à l’échelle nanométrique.
- 1 b – Spectroscopie neutronique des molécules biologiques en nanosecondes
Dans le cadre de ce sous-projet, j’explore l’utilisation d’un flux élevé de paquets de protons ultracourts sur mesure accélérés par laser pour provoquer une salve de neutrons à impulsions courtes, à énergie et à flux élevés. Ces neutrons peuvent à leur tour être utilisés pour analyser des molécules dans une résolution temporelle plus élevée d’au moins trois ordres de magnitude que le permettent les méthodes actuelles. Ces données beaucoup plus précises sur les dynamiques moléculaires, et partant, sur bien des systèmes biologiques, pourraient apporter d’énormes avantages dans des domaines comme la pharmacologie, la médecine, l’agriculture, la botanique et la zoologie.
- 1 c -Tests de résistance matérielle pour les applications spatiales
Grâce à l’énergie élevée des protons générés par laser, nous arrivons à reproduire des températures et des pressions similaires à celles de l’espace ou de la fusion.
2 – Diffraction d’électrons à l’échelle subatomique femtoseconde
La diffraction d’électrons ultrarapide est très prometteuse pour l’étude de dynamiques structurelles en 4D. Alliant haute résolution spatiale (échelle subatomique, soit 8 à 10 pm) et haute résolution temporelle (échelle des réactions chimiques, soit moins de 50 fs), elle permet l’analyse en ligne des changements structurels et de la redistribution de l’énergie dans de nombreux systèmes chimiques et biologiques. Je m’intéresse aux électrons à énergie et à flux élevés accélérés par laser dans une résolution temporelle de l’ordre des femtosecondes pour réaliser des expériences de diffraction d’électrons. Ce degré de précision permet d’étudier pour la toute première fois l’évolution d’une multitude de systèmes biologiques et chimiques (réactions chimiques, fusion des matériaux, croissance des nanomatériaux, évolution de l’ADN et de l’ARN, etc.). À l’heure actuelle, ces systèmes sont observés par méthode indirecte en raison de l’absence de techniques d’analyse directes à des échelles spatiale et temporelle aussi petites.
3 – Laser à électrons libres ultracompact et ultracourt
En injectant dans des onduleurs des électrons très énergétiques (>300 MeV) générés par laser ultracourt (fs), il est possible de produire un rayonnement laser à électrons libres ultracourt et ultralumineux pour la diffraction d’électrons et les études biomoléculaires à haute résolution. À ce jour, les installations capables de produire un rayonnement à impulsions plus longues demeurent gigantesques, coûteuses et rares (p. ex. la LCLS). Une solution compacte aux paramètres améliorés faciliterait l’essor du domaine et l’apparition de nouvelles applications.
Projets d’études ou stages offerts
Flasque de chambre expérimentale avec vitre permettant l’imagerie de la cible (Advanced Laser Light Source, ALLS)
Professeur Patrizio Antici
Caméra d’imagerie pointée vers le centre de la chambre expérimentale (Advanced Laser Light Source, ALLS)
Projets de recherche en cours
iPATTI (innovative Particle Acceleration Techniques, Technologies and Instrumentation)
Le projet vise a établir une station expérimentale dédiée à l’accélération de protons par laser et l’utilisation de ces particules pour des applications innovantes. Elle comprend :
- une chambre expérimentale spécifique pour l’accélération de protons par laser avec les systèmes auxiliaires;
- un banc de production d’énergie capable de confiner le plasma et d’améliorer l’accélération des particules, offrant un aspect novateur à l’infrastructure.
La station expérimentale protons permettra d’effectuer des recherches dans divers domaines multidisciplinaires et, comme décrit dans la demande, cela aura des retombées potentielles dans plusieurs secteurs : de nouvelles applications biomédicales, la contribution aux études sur la fusion par confinement inertiel, l’étude de la matière dense et chaude, l’astrophysique de laboratoire, les sciences des matériaux, et enfin l’étude des accélérateurs hybrides et le couplage des particules générées par laser à des structures accélératrices conventionnelles pour améliorer les caractéristiques
Les accélérateurs de particules ont été utilisés pendant près de cent ans comme un outil pour « regarder » à l’intérieur du noyau de l’atome, pour recréer l’univers dans ses premiers instants, et plus récemment comme un outil pour les études de la biologie, de la médecine, de l’environnement, la science des matériaux, procédés industriels, la biomédicine et même l’art. La plupart des particules élémentaires ont été découverts par des collisions de particules accélérées. Les expériences de J.J. Thomson en 1897 ont conduit à la découverte des électrons, tandis que la découverte du proton est crédité à Ernest Rutherford en 1918. La découverte du neutron est attribuée à Chadwick en 1932. Regardez plus « au profond » dans la matière nécessite des particules de plus en plus énergiques et donc de plus puissants accélérateurs. Actuellement, ces machines, comme le LHC en Suisse ou l’accélérateur SLAC aux Etats-Unis, ont une longueur de plusieurs kilomètres et sont en mesure d’augmenter l’énergie des particules à des vitesses proches de la vitesse de la lumière. Ces énergies sont suffisantes pour frapper les particules sous- nucléaires à l’intérieur d’un atome et libérer leur contenu (particules constitutives et les forces de liaison) pour être détectés. Les « projectiles » des accélérateurs pour explorer la matière sont de petites particules chargées, normalement des électrons et des protons et leurs antiparticules ainsi que des ions (atomes chargés positivement).
Dans les accélérateurs classiques, les particules sont accélérées par des champs électriques qui se déplacent avec les particules à proximité de la vitesse de la lumière. Ces champs électriques sont créés à l’intérieur d’un tube sous vide avec radiation micrométrique intense et peuvent atteindre jusqu’à 50 millions de volts (environ 230 000 fois la tension d’une prise classique) par mètre avant étincelles électriques créent un plasma qui pourrait endommager les surfaces internes de l’accélérateur. Même si cela semble être un grand nombre, il faut des kilomètres pour accélérer des particules élémentaires à proximité de la vitesse de la lumière. Les plasmas sont en mesure de soutenir des champs électriques jusqu’à 1000 fois plus élevés que les accélérateurs classiques. Par conséquent, les plasmas ont le potentiel de réduire la longueur d’un accélérateur de particules par le même facteur et ainsi de réduire le coût et la complexité de l’installation. En 1979, T. Tajima et J. Dawson ont proposé pour la première fois l’utilisation d’impulsions laser intenses pour créer l’accélération laser – plasma. Depuis, plusieurs mécanismes d’accélération ont été identifiés qui sont capables de générer des sources d’électrons, protons, neutrons – ions et des rayons X à base de laser. A la base du dispositif d’accélération est une force exercée par l’impulsion laser sur les électrons du plasma, appelée la force pondéromotrice qui pointe vers l’extérieur de l’impulsion laser.
Les électrons sont accélérés principalement par une onde-plasma, créé par cette force. En choisissant de manière appropriée la durée de l’impulsion laser, la réponse de résonance du plasma forme la structure d’accélération qui se déplacera dans le sillage du laser (Wakefield) et accélère les électrons. Pour y réussir, le laser nécessite des durées d’impulsion laser très courte (généralement moins de 100 femtosecondes (le temps que met la lumière pour parcourir 0,03 millimètres) et les énergies laser au-dessus de 1 J. La technologie laser pour atteindre cette puissance était disponible uniquement récemment, grâce au développement d’une méthode d’amplification laser, appelé Pulse Chirped technique d’amplification (CPA). Le mécanisme d’accélération pour les autres particules (protons ou ions générales, des neutrons et des rayons X ) est légèrement différent mais est entraîné par les électrons. Étant donné que le laser est capable de déplacer les électrons à l’intérieur d’une cible (solides ou cible de gaz), on peut créer des états de séparation de charge et donc des champs électromagnétiques très intenses, comme déjà dit, près de 1000 fois plus fort que dans les accélérateurs conventionnels. Ces champs électriques sont à la source de l’accélération et comme ils sont générés dans un délai très court – font de sorte que des particules accélérées par laser sont à l’origine beaucoup plus laminaires et le faisceau beaucoup plus courte que les faisceaux accélérés « classiques ».
Nombreuses sont les applications des accélérateurs de particules. Une première application est de les utiliser afin de sonder l’intérieur des atomes et de révéler les lois fondamentales de l’univers. Les énormes machines qui sont nécessaires pour cela pourraient être remplacés par des accélérateurs à base de laser compacts moins chers. Actuellement, les scientifiques étudient également la possibilité d’utiliser des électrons générés par laser comme injecteur pour des installations de production de rayons X, appelés Laser à Electrons libres (FELs). Ces installations sont en mesure de fournir une source très lumineuse de rayons X qui est capable de faire des images très précises et rapides d’un processus dynamique, évolutif. Elles peuvent être utilisés pour analyser des molécules chimiques ou faire des images des états particuliers des éléments chimiques et permettraient ainsi d’avoir nombreuses informations pour différentes types d’applications comme dans le biomédicale ou les nanotechnologies. Un accélérateur à base de source laser serait en mesure de réduire la longueur du tunnel de l’accélérateur de quelques centaines de mètres à quelques dizaines de mètres.
Mais les accélérateurs de particules plus petits sont également largement utilisés en médecine, par exemple, pour le traitement du cancer. Pour cela, les rayons X, d’électrons ou de protons sont utilisés. Cependant, la forme la plus efficace de traitement de la tumeur est la protonthérapie ; elle tire avantage du fait que les protons déposent leur énergie très localement et à la fin de leur parcours (pic de Bragg). C’est un grand avantage par rapport à d’autres particules (rayons X) qui sont actuellement utilisés pour la thérapie. Le dépôt d’énergie des protons peut être précis au millimètre, ce qui permet d’irradier l’emplacement précis d’une tumeur, en laissant les tissus sains entourant la tumeur intacts et permets le traitement de zones difficiles telles que les yeux, du cerveau et de la moelle épinière. Pour appliquer la thérapie, les protons sont accélérés à des vitesses spécifiques, qui déterminent la profondeur dans le corps ou ils vont déposer leur énergie. Malheureusement, en raison des limites de coûts, seulement environ 40-50 installations à travers le monde sont en mesure de fournir ce genre de traitement, d’où leur capacité actuelle de traitement est largement inférieure à la demande et au nombre de patients en demande de traitement. En utilisant des lasers compacts, cela pourrait permettre de réduire considérablement la taille (et les coûts) de l’accélérateur global et le système d’acheminement du faisceau au patient (gantry). Actuellement, les énergies des particules nécessaires ne peuvent pas être atteints par les installations laser existantes, cependant, le laboratoire peut preparer le terrain pour les manipulations sur des installations futures.
Une autre application à laquelle les premiers scientifiques pensaient en 1992 quand ils ont découvert les protons accélérées par laser, est la fusion et à utiliser des protons comme moyen de transfert d’énergie pour chauffer la zone d’allumage. Protons générés par laser peuvent produire un faisceau très intense surtout en combinant plusieurs faisceaux de protons avec des énergies différentes qui peuvent pénétrer dans la zone d’allumage. En outre, en s’appuyant sur leur propriété spatiale unique, c’est à dire d’être beaucoup plus laminaires que les faisceaux générés par les accélérateurs classiques, les faisceaux de protons par laser peuvent être utilisés en radiographie, pour produire des images à haute résolution spatiale. Etant donné que les protons sont sensibles à des champs électriques, ils sont capables de sonder des champs électriques, la détection des détails de quelques micromètres (0.0000001 m) sur une échelle de temps de la picoseconde (0,00000000001 s). Cependant, pour sonder des cibles épaisses il faudrait des énergies de protons plus élevés de ce qui est actuellement obtenu par l’accélération laser. Augmenter leur énergie permets de sonder les matériaux plus épais et générer une meilleure résolution et dynamique de l’évolution des processus et des champs électromagnétiques.
Autre que des applications de protons au sein de la médecine et de la santé, les particules générées par laser sont un outil unique pour recréer à l’intérieur d’un laboratoire des états « exotiques » de la matière qui ne sont généralement pas existant sur la terre, mais nous savons qu’ils existent par exemple dans le soleil. Avec l’utilisation de lasers, des températures d’environ 15 000 °C peuvent être atteintes dans un laboratoire. L’étude de la matière dans ces conditions pourrait fournir des informations importantes et utiles pour une variété de problèmes, non seulement dans le domaine de l’astrophysique (les questions liées aux noyaux planétaires), mais aussi pour la physique fondamentale (de la matière dense à la frontière de la physique des plasmas ). Notre laboratoire contribuera à améliorer ces conditions et permettre des études plus approfondies dans ce domaine.
Une dernière et récente application d’accélération de protons concerne la spallation. Les processus de spallation sont l’une des principales possibilités de transmutation des matériaux radioactifs (isotopes), c’est à dire la transformation des isotopes radioactifs de longue vie a des isotopes avec temps de vie plus court (moins de 30 ans). Actuellement l’utilisation de la spallation pour le traitement des déchets nucléaires et très recherché, car il est un moyen de « neutraliser » les matières radioactives, en les rendant ainsi inoffensifs. Ce processus nécessite de très hautes énergies de protons qui sont actuellement difficiles et coûteuses à atteindre. Une seule installation est actuellement capable d’atteindre ces énergies, elle est aux Etats-Unis (Spallation Neutron Source, SNS), une deuxième est prévu être construite en Europe (ESS, à Lund). Quoique ces énergies sont encore loin des énergies qui peuvent être générés dans notre laboratoire, il peut contribuer à la compréhension de certaines questions liée à ce sujet.
Publications
55 S. N. Chen, A. P. L. Robinson, P. Antici, E. Brambrink, E. d’Humières, S. Gaillard, T. Grismayer, A. Mancic, P. Mora, L. Romagnani, P. Audebert, H. Pépin and J. Fuchs, “Passive tailoring of laser-accelerated ion beam cut-off energy by using double foil assembly”, Phys. Plasmas 21, 023119 (2014)
54 M. Gauthier, A. Lévy, E. d’Humières, M. Glesser, B. Albertazzi, C. Beaucourt, J. Breil, S. N. Chen, V. Dervieux, J. L. Feugeas, P. Nicolaï, V. Tikhonchuk, H. Pépin, P. Antici and J. Fuchs “Investigation of longitudinal proton acceleration in exploded targets irradiated by intense short-pulse laser”, Phys. Plasmas 21, 013102 (2014)
53 P. Antici, L. Gremillet, T. Grismayer, P. Mora, P. Audebert, M. Borghesi, C. A. Cecchetti, A. Mančic and J. Fuchs “Modeling target bulk heating resulting from ultra-intense short pulse laser irradiation of solid density targets”, Phys. Plasmas 20, 123116 (2013)
52 E. d’Humieres, P. Antici, M. Glesser, J. Boeker, F. Cardelli, S. Chen, J. L. Feugeas, F. Filippi, M. Gauthier, A. Levy, P. Nicolai, H. Pepin, L. Romagnani, M. Sciscio, V. T. Tikhonchuk, O. Willi, J. C. Kieffer and J. Fuchs “Investigation of laser ion acceleration in low-density targets using exploded foils”, Plasma Phys. Control. Fusion 55 124025 (2013)
51 A. Bacci, D. Alesini, P. Antici, M. Bellaveglia, R. Boni, E. Chiadroni, A. Cianchi, C. Curatolo, G. Di Pirro, A. Esposito, M. Ferrario, A. Gallo, G. Gatti, A. Ghigo, M. Migliorati, A. Mostacci, L. Palumbo, V. Petrillo, R. Pompili, C. Ronsivalle, A. R. Rossi, L. Serafini, B. Spataro, P. Tomassini, and C. Vaccarezza “Electron Linac design to drive bright Compton back-scattering gamma-ray sources »
J. Appl. Phys. 113, 194508 (2013)
50 S. Fourmaux, S. Buffechoux, B. Albertazzi, D. Capelli, A. Lévy, S. Gnedyuk, L. Lecherbourg, P. Lassonde, S. Payeur, P. Antici, H. Pépin, R. S. Marjoribanks, J. Fuchs, and J. C. Kieffer « Investigation of laser-driven proton acceleration using ultra-short, ultra-intense laser pulses », Phys. Plasmas 20, 013110 (2013)
49 M. Migliorati, A. Bacci, C. Benedetti, E. Chiadroni, M. Ferrario, A. Mostacci, L. Palumbo, A. R. Rossi, L. Serafini, and P. Antici « Intrinsic normalized emittance growth in laser-driven electron accelerators », Phys. Rev. ST Accel. Beams, 16, 011302 (2013)
48 P. Antici, A. Bacci, C. Benedetti, E. Chiadroni, M. Ferrario, A. R. Rossi, L. Lancia, M. Migliorati, A. Mostacci, L. Palumbo, and L. Serafini “Laser-driven electron beamlines generated by coupling laser-plasma sources with conventional transport systems”J. Appl. Phys. 112, 044902 (2012)
47 P. Antici, M. Migliorati, A. Mostacci, L. Picardi, L.Palumbo, C. Ronsivalle
« Sensitivity study in a compact accelerator for laser-generated protons », J. Plasma Physics 78, 4, 441–445 (2012).
46 P Antici, B Albertazzi, P Audebert, S Buffechoux, F Hannachi, E d’Humieres, F Gobet, T Grismayer, A Mancic, M Nakatsutsumi, C Plaisir, L Romagnani, M Tarisien, H Pepin, Y Sentoku and J Fuchs, « Measuring hot electron distributions in intense laser interaction with dense matter », New J. Phys. 14 063023 (2012)
45 S. N. Chen, E. d’Humieres, E. Lefebvre, L. Romagnani, T. Toncian, P. Antici, P. Audebert, E. Brambrink, C. A. Cecchetti, T. Kudyakov, A. Pipahl, Y. Sentoku, M. Borghesi, O. Willi, and J. Fuchs,“Focusing Dynamics of High-Energy Density, Laser-Driven Ion Beams”, Phys. Rev. Lett., 5, 055001 (2012)
44 P. Antici, M. Migliorati, A. Mostacci, L. Picardi, L.Palumbo, C. Ronsivalle
« A compact post-acceleration scheme for laser generated protons », Phys. Plasmas 18, 073103 (2011)
43 L. Giannessi, D. Alesini, P. Antici et al., A. Bacci, M. Bellaveglia, R. Boni, M. Boscolo, F. Briquez, M. Castellano, L. Catani, E. Chiadroni, A. Cianchi, F. Ciocci, A. Clozza, M. E. Couprie, L. Cultrera, G. Dattoli, M. Del Franco, A. Dipace, G. Di Pirro, A. Doria, A. Drago, W. M. Fawley, M. Ferrario, L. Ficcadenti, D. Filippetto, F. Frassetto, H. P. Freund, V. Fusco, G. Gallerano, A. Gallo, G. Gatti, A. Ghigo, E. Giovenale, A. Marinelli, M. Labat, B. Marchetti, G. Marcus, C. Marrelli, M. Mattioli, M. Migliorati, M. Moreno, A. Mostacci, G. Orlandi, E. Pace, L. Palumbo, A. Petralia, M. Petrarca, V. Petrillo, L. Poletto, M. Quattromini, J.V. Rau, S. Reiche, C. Ronsivalle, J. Rosenzweig, A. R. Rossi, V. Rossi Albertini, E. Sabia, L. Serafini, M. Serluca, I. Spassovsky, B. Spataro, V. Surrenti, C. Vaccarezza, M. Vescovi, and C. Vicario « Self-amplified spontaneous emission for a single pass free-electron laser », Phys. Rev. ST Accel. Beams, 14, 060712 (2011)
42 L. Lancia, M. Grech, S. Weber, J.-R. Marquès, L. Romagnani, M. Nakatsutsumi, P. Antici et al.,« Anomalous self-generated electrostatic fields in nanosecond laser-plasma interaction », Phys. Plasmas 18,1 (2011)
41 J. Fuchs, E. d’ Humieres, P. Antici, S. Atzeni, H. Bandulet, S. Depierreux, C. Labaune, A. Schiavi, and Y. Sentoku « Enhanced propagation for relativistic laser pulses in inhomogeneous plasmas using hollow channels », Phys. Rev. Lett. 105, 225001 (2010)
40 P. Antici, S. N. Chen, L. Gremillet, T. Grismayer, P. Mora, P. Audebert, and J. Fuchs
“Time and Space resolved Interferometry for laser-generated fast electron measurements“, Review of Scientific Instruments 81, 113302 (2010)
39 M. Nakatsutsumi, J. Fuchs, P. Antici, N. Bourgeois, J. L. Feugeas, T. Lin, Ph. Nicolaï, L. Romagnani, R. Kodama, P. Audebert and J. Fuchs “Experimental observation of two parallel beams dynamics in low-density plasmas”, Nature Physics 1788 (2010)
38 P.Antici, A. Mancic, M. Nakatsutsumi, M. Grech, E. Brambrink, S. Gaillard, L. Romagnani, P. Audebert, J. Fuchs, “Proton laser-acceleration using circular laser polarization, foams and half gas-bag targets”, Plasma Phys. Control. Fusion 53, 014002 (2010)
37 S. Buffechoux, J. Psikal, M. Nakatsutsumi, L. Romagnani, A. Andreev, K. Zeil, M. Amin, P. Antici et al., S. T. Burris-Mog, A. Compant-La-Fontaine, E. d’Humieres, S. Fourmaux, S. Gaillard, F. Gobet, F. Hannachi, S. Kraft, A. Mancic, C. Plaisir, G. Sarri, M. Tarisien, T. Toncian, U. Schramm, M. Tampo, P. Audebert, O. Willi, T. E. Cowan, H. Pepin, V. Tikhonchuk, M. Borghesi, and J. Fuchs “Hot Electrons Transverse Refluxing in Ultraintense Laser-Solid Interactions“, Phys. Rev. Lett. 105, 015005 (2010)
36 E. Lefebvre, L Gremillet, A. Lévy, R. Nuter, P. Antici, M. Carrié, T. Ceccotti, M. Drouin, J. Fuchs, V. Malka and D. Neely, “Proton acceleration by moderately relativistic laser pulses interacting with solid density targets“. New J. Phys. 12, 045017 (2010)
35 P. Antici, S. Gaillard, L. Gremillet, M. Amin, M. Nakatsutsumi, L. Romagnani, M. Tampo, T. Toncian, R. Kodama, P. Audebert, H. Pépin, O. Willi, M. Borghesi, T. Cowan, J. Fuchs, « Optimization of flat-cone targets for enhanced laser-acceleration of protons »
Nucl. Instr. and Meth. A (2010), doi:10.1016/j.nima.2010.01.052
34 L. Lancia, J.-R. Marques, M. Nakatsutsumi, C. Riconda, S. Weber, S. Huller, A. Mancic, P. Antici, V. T. Tikhonchuk, A. Heron, P. Audebert, and J. Fuchs « Experimental evidence of short light pulse amplification using strong-coupling stimulated Brillouin scattering in the pump depletion regime », Phys. Rev. Lett. 104, 025001 (2010)
33 A. Mancic, A. Levy, M. Harmand, M. Nakatsutsumi, P. Antici, P. Audebert, P. Combis, S. Fourmaux, S. Mazevet, O. Peyrusse, V. Recoules, P. Renaudin, J. Robiche, F. Dorchies, and J. Fuchs « Picosecond Short-Range Disordering in Isochorically Heated Aluminum at Solid Density », Phys. Rev. Lett. 104, 035002 (2010)
32 A. Szydlowski, J. Badziak, J. Fuchs, M. Kubkowska, P. Parys, M. Rosinski, R. Suchanska, J. Wolowski, P. Antici, A. Mancic, « Application of solid-state nuclear track detectors of the CR-39/PM-355 type for measurements of energetic protons emitted from plasma produced by an ultra-intense laser », Journal: Radiation Measurements, 44, 9-10, pp. 881-884 (2009)
31 P. Antici, J. Fuchs, M. Borghesi, T. Grismayer, S. Atzeni, C.A. Cecchetti, L. Gremillet, A. Mancic, P. Mora, A.C. Pipahl, A. Schiavi, T. Toncian, O. Willi, and P. Audebert
“Time and space resolved interferometry for detecting plasma expansion from solid targets”, Eur. Phys. J. Special Topics 175, 139–142 (2009)
30 C. A. Cecchetti, M.Borghesi, J. Fuchs, P.A. Wilson, P. Antici, P. Audebert, L. Romagnani, O. Willi, T. Toncian, R.Young, C. A. Pipahl, A. Schiavi, G. Schurtz
« Spatial and temporal measurements of large self-generated magnetic fields produced in the interaction of high-power lasers with solids », Phys. Plasmas 16, 043102 (2009)
29 A. Mancic, J. Robiche, P. Antici, P. Audebert, C. Blancard, P. Combis, F. Dorchies, G. Faussurier, S. Fourmaux, M. Harmand, R. Kodama, L. Lancia, S. Mazevet, M. Nakatsutsumi, O. Peyrusse, V. Recoules, P. Renaudin, R. Shepherd, J. Fuchs
« Isochoric heating of solids by laser-accelerated protons: characterization and self-consistent hydrodynamic modelling » High Energy Density Physics,10.1016/j.hedp.2009.06.008 (2009)
28 P. Antici, J. Fuchs, E. d’Humières, J. Robiche, E. Brambrink, S. Atzeni, A. Schiavi, Y. Sentoku, P. Audebert, H. Pépin “Laser-acceleration of high-energy protons in variable density plasmas”, New Journal of Physics 11 (2009) 023038
27 M.Borghesi, T. Toncian, J.Fuchs, C. A. Cecchetti, L.Romagnani, S.Kar, K.Quinn, B.Ramakrishna, P.A.Wilson, P.Antici, P.Audebert, E. Brambrink, A.Pipahl, R.Jung, M.Amin, O.Willi, R.J.Clarke, M.Notley, P.Mora, T.Grismayer, E.D’Humieres and Y. Sentoku
“Laser-driven proton acceleration and applications: recent results” Eur. Phys. J. Special Topics 175, 105–111 (2009)
26 J. Badziak, S. Jabłoński, P. Parys, M. Rosiński, J. Wołowski, A. Szydłowski, P. Antici, J. Fuchs and A. Mancic, “Ultraintense proton beams from laser-induced skin-layer ponderomotive acceleration” J. of Applied Phys. 104, 063310 (2008).
25 M. Borghesi, C. Cecchetti, T. Toncian, J. Fuchs, L. Romagnani, S. Kar, P. Wilson, P. Antici, P. Audebert, E. Brambrink, A. Pipahl, M. Amin, R. Jung, J. Osterholz, O. Willi, W. Nazarov, R. J. Clarke, M. Notley, D. Neely, P. Mora, T. Grismayer, G. Schurtz, A. Schiavi, Y. Sentoku, E. d’Humières. “Laser-Driven Proton Beams: Acceleration Mechanism, Beam Optimization, and Radiographic Applications” .IEEE Trans. On Plasma Sci. 36, 1833 – 1842 (2008).
24 Patrizio Antici, Julien Fuchs, Emmanuel d’Humières, Erik Lefebvre, Marco Borghesi, Erik Brambrink, Carlo A. Cecchetti, Sandrine Gaillard, Lorenzo Romagnani, Yasuhiko Sentoku, Toma Toncian, Patrick Audebert, and Henri Pépin “Generation of MeV-Range Protons From 30–100 nm Solid Targets by Ultra-High-Contrast Laser Pulses”. IEEE Trans. On Plasma Sci. 36, 1817 – 1820 (2008).
23 P. Antici, M.Fazi, A.Lombardi, M.Migliorati, L. Palumbo, P. Audebert and J. Fuchs.
“Numerical study of a linear accelerator using laser generated proton beams as a source”
J. of Applied Physics, 104, 124901 (2008).
22 Patrizio Antici, Julien Fuchs, Thomas Grismayer, Marco Borghesi, Erik Brambrink, Carlo A. Cechetti, Livia Lancia, Ana Mancic, Patrick Mora, Ariane C. Pipahl, Toma Toncian, Oswald Willi, and Patrick Audebert “Space- and Time-Resolved Dynamics of Fast Electrons and of the Energy Partition Into Cold Electrons” IEEE Trans. On Plasma Sci. 36, 1821 – 1824 (2008).
21 P. Antici, J. Fuchs, M. Borghesi, L. Gremillet, T. Grismayer, Y. Sentoku, E. d’Humières, C.A. Cecchetti, A. Mancic, A.C.Pipahl, O. Willi, P. Mora, P. Audebert
“Hot and cold electron dynamics following high-intensity laser matter interaction”
Phys. Rev. Lett. 101, 105004 (2008).
20 Patrizio Antici, Mauro Fazi, Augusto Lombardi, Mauro Migliorati, Luigi Palumbo, Patrick Audebert, and Julien Fuchs
“Postacceleration of Laser-Generated High-Energy Protons Through Conventional Accelerator Linacs”. IEEE Trans. On Plasma Sci. 36, 1843 – 1846 (2008).
19 A. Mancic, Julien Fuchs, Patrizio Antici, Sandrine Gaillard, and Patrick Audebert
“Absolute calibration of photostimulable image plate detectors used as (0.5-20 MeV) high energy proton detectors”. Review of Scientific Instruments 79, 073301 (2008).
18 L. Romagnani, M. Borghesi, C. A. Cecchetti, S. Kar, P. Antici, P. Audebert, S. Bandhoupadjay, F. Ceccherini, T. Cowan, J. Fuchs, M. Galimberti, L. A. Gizzi, T. Grismayer, R. Heathcote R. Jung, T. V. Liseykina, A. Macchi, P. Mora, D. Neely, M. Notley, J. Osterholtz, C. A. Pipahl, G. Pretzler, A. Schiavi, G. Schurtz, T. Toncian, P. A. Wilson “Proton Probing Measurement of Electric and Magnetic Fields Generated by ns and ps Laser-Matter Interactions”. Laser and Part. Beams 26, 241 (2008)
17 J Fuchs, M Nakatsutsumi, J-R Marquès, P Antici, N Bourgeois, M Grech, T Lin, L Romagnani, V Tikhonchuk, S Weber, R Kodama and P Audebert
“Space- and time-resolved observation of single filaments propagation in an underdense plasma and of beam coupling between neighbouring filaments”. Plasma Phys. Control. Fusion 49, B497 (2007).
16 J. Fuchs, C.A.Cecchetti, M.Borghesi, T.Grismayer, P.Antici, S. Atzeni, P.Audebert, E. d’Humieres, P.Mora, A. Pipahl, L.Romagnani, A. Schiavi, Y. Sentoku, T.Toncian, O.Willi
“Laser-acceleration of high-energy protons in small-scale gradients”. Phys. Rev. Lett. 99, 015002 (2007) .Also in the July 2007 issue of Virtual Journal of Ultrafast Science
15 A. Kemp, J. Fuchs, Y. Sentoku, V. Sotnikov, M. Bakeman, P. Antici, and T. Cowan
“Emittance growth mechanisms for laser-accelerated proton beams”
Phys. Rev. E 75, 056401 (2007).
14 J. Fuchs, Y. Sentoku, E. d’Humières, T.E. Cowan, J. Cobble, P. Audebert, A. Kemp, A. Nikroo, P. Antici, E. Brambrink, A. Blazevic, E.M. Campbell, J.C. Fernández, J.-C. Gauthier, M. Geissel, M. Hegelich, S. Karsch, H. Popescu, N. Renard-LeGalloudec, M. Roth, J. Schreiber, R. Stephens, and H. Pépin “Comparative spectra and efficiencies of ions laser-accelerated forward from the front and rear surfaces of thin solid foils”
Phys. Plasmas 14, 053105 (2007). Also in the June 2007 issue of Virtual Journal of Ultrafast Science
13 M. Borghesi, L. Romagnani, S. Kar, T. Toncian, P. Antici, P. Audebert, E. Brambrink, F. Ceccherini, C. A. Cecchetti, J. Fuchs, M. Galimberti, L.A.Gizzi, T. Grismayer, T.Lyseikina, R. Jung, A. Macchi, P. Mora, J. Osterholtz, A. Schiavi, O.Willi “Impulsive electric fields driven by high-intensity interactions: detection and application to ion beam tailoring”. Laser And Particle Beams 25 (1): 161-167 MAR 2007
12 O. Willi, T. Toncian, M. Borghesi, J. Fuchs, E. d’Humières, P. Antici, P. Audebert, E. Brambrink, C. Cecchetti, A. Pipahl and L. Romagnani “Laser Triggered Micro-Lens for Focusing and Energy Selection of MeV Protons”. Laser And Particle Beams 25 (1): 71-77 MAR 2007
11 P. Antici, J. Fuchs, E. d’Humières, M. Borghesi, E. Brambrink, C.A. Cecchetti, S. Gaillard, E. Lefebvre, L. Romagnani, Y. Sentoku, T. Toncian, P. Audebert, H. Pépin
“Energetic protons generated by ultrahigh contrast laser pulses interacting with ultrathin targets”. Phys. Plasmas 14, L030701 (2007). Also in Virtual Journal of Ultrafast Science, Issue April 2007.
10 L. Romagnani, M. Borghesi, C. A. Cecchetti, S. Kar, P. Antici, P. Audebert, S. Bandhoupadjay, F. Ceccherini, T. Cowan, J. Fuchs, M. Galimberti, L. A. Gizzi, T. Grismayer, R. Heathcote R. Jung, T. V. Liseykina, A. Macchi, P. Mora, D. Neely, M. Notley, J. Osterholtz, C. A. Pipahl, G. Pretzler, A. Schiavi, G. Schurtz, T. Toncian, P. A. Wilson “Proton Probing Measurement of Electric and Magnetic Fields Generated by ns and ps Laser-Matter Interactions”. Laser And Particle Beams 25 (1): 129-131 MAR 2007
9 J Fuchs, M Nakatsutsumi, J-R Marquès, P Antici, N Bourgeois, M Grech, T Lin, L Romagnani, V Tikhonchuk, S Weber, R Kodama and P Audebert “Space- and time-resolved observation of single filaments propagation in an underdense plasma and of beam coupling between neighbouring filaments”. Plasma Phys. Control. Fusion 49, 1-8 (2007).
8 E. d’Humières, J. Fuchs, T. Toncian, P. Antici, P. Audebert, M Borghesi, E. Brambrink, C. A. Cecchetti, E. Lefebvre, P. Mora, A. Pipahl, L. Romagnani, Y. Sentoku, O. Willi.
“Generation of quasi-monoenergetic ion beams using short and intense laser pulses”
Chinese Optics Letters, Vol. 5, Supplement, S136 (2007)
7 M. Borghesi, C. A. Cecchetti, L. Romagnani, J. Fuchs, E.d’Humières, P. Antici, P. Audebert, E. Brambrink, T. Toncian, A. Pipahl, O. Willi, E. Lefebvre “Laser-accelerated protons: perspectives for control/optimization of beam properties”. International Journal of Mod Phys B 3, 590 (2007).
6 P. Antici, J. Fuchs, S. Atzeni, A. Benuzzi, E. Brambrink, M. Esposito, M. Koenig, A. Ravasio, J. Schreiber, A. Schiavi and P. Audebert “Isochoric heating of matter by laser-accelerated high-energy protons”. J. Phys. IV France 133: 1077-1079 (2006)
5 J. Fuchs, P. Antici, E. d’Humières, E. Lefebvre, M. Borghesi, E. Brambrink, C. Cecchetti, T. Toncian, H. Pépin and P. Audebert “Ion acceleration using high-contrast ultra-intense lasers” J. Phys. IV France 133: 1151-1153 (2006)
4 T. Toncian, M. Borghesi, J. Fuchs, E. d’Humières, P. Antici, P. Audebert, E. Brambrink, C. A. Cecchetti, A. Pipahl, L. Romagnani, O. Willi “Ultrafast Laser Driven Micro-Lens to Focus and Energy Select MeV Protons”. Science Vol. 312, 21 April 2006, p.410-413
www.sciencexpress.org / 16 February 2006 / 10.1126/science.1124412
3 J. Fuchs, P. Antici, E. d’Humières, E. Lefebvre, M. Borghesi, E. Brambrink, C. A. Cecchetti, M. Kaluza, V. Malka, M. Manclossi, S. Meyroneinc, P. Mora, J. Schreiber, T. Toncian, H. Pépin, P. Audebert “Laser-driven proton scaling laws and new paths towards energy increase”. Nature Physics, volume 2, issue 1, pp 48-54 (2006)
2 L. Romagnani, J. Fuchs, M. Borghesi, P. Antici, P. Audebert, F. Ceccherini, T. Cowan, T. Grismayer, S. Kar, A. Macchi, P. Mora, G. Pretzler, A. Schiavi, T. Toncian, and O. Willi
“Dynamics of electric fields driving laser acceleration of multi-MeV protons”
Phys. Rev. Lett. 95, 195001/1-4 (2005). Also in Virtual Journal of Ultrafast Science 4, Issue 12 (2005).
1 J. Fuchs, Y. Sentoku, S. Karsch, J. Cobble, P. Audebert, A. Kemp, A. Nikroo, P. Antici, E. Brambrink, A. Blazevic, E. M. Campbell, J. C. Fernandez, J.-C. Gauthier, M. Geissel, M. Hegelich, H. Pépin, H. Popescu, N. Renard-LeGalloudec, M. Roth, J. Schreiber, R. Stephens, and T. E. Cowan “Comparison of Laser Ion Acceleration from the Front and Rear Surfaces of Thin Foils”. Phys. Rev. Lett. 94, 045004 (2005)