Le projet PALLAS (Prototyping Accelerator based on Laser pLASma technologies), développé à IJCLab (Laboratoire de physique des deux infinis Irène Joliot-Curie) en collaboration avec le LLR, le LP2I Bordeaux du CNRS Nucléaire et Particules et l'Université Paris-Saclay, a produit son premier faisceau d'électrons dans une double cellule de gaz directement intégrée dans la ligne faisceau d'un accélérateur. Cette configuration très compacte constitue une innovation et marque une étape majeure dans le développement de technologies d'accélération de nouvelle génération, reposant sur l'accélération par sillage plasma laser. Crédit photos : Dominique Longieras (IJCLab).
Vue de la ligne de faisceau de l’accélérateur PALLAS
PALLAS au cœur des infrastructures européennes EuPRAXIA et PACRI
Ce projet s'inscrit dans le cadre d'EuPRAXIA (European Plasma Research Accelerator with Excellence in Applications), première infrastructure de recherche européenne dédiée aux accélérateurs plasma. Inscrit en 2021 sur la feuille de route de l'ESFRI (European Strategy Forum on Research Infrastructures), qui identifie les infrastructures de recherche d'importance stratégique pour l'Europe à horizon 10-20 ans, EuPRAXIA vise à construire des accélérateurs innovants à Frascati (INFN, Italie) et ELI-Beamlines (République Tchèque) pour des applications en imagerie médicale, recherche sur les biomolécules ou science des matériaux.
Photo : une partie de l’équipe PALLAS d’IJCLab dans la salle de contrôle
Avec PALLAS, IJCLab joue également un rôle central dans le projet INFRATECH PACRI (Plasma Accelerator systems for Compact Research Infrastructures) en tant que contributeur français principal. Coordonné par Elettra (synchrotron de Trieste), ce consortium de 26 partenaires européens réunit notamment le CERN, le CNRS, Amplitude Laser et Thales pour développer des accélérateurs plasma comme solution durable réduisant l'empreinte carbone des infrastructures de recherche.
160 MeV atteints grâce à une cellule plasma de quelques millimètres
Lors d'une première campagne menée au début de l'été, l'équipe a accéléré des électrons jusqu'à 160 mégaélectronvolts (MeV) grâce à une cellule plasma de quelques millimètres. Les chercheurs d'IJCLab ont réalisé une première mondiale en produisant un faisceau d'électrons dans une double cellule de gaz compacte conçue et fabriquée au laboratoire, directement intégrée dans la ligne faisceau. Ce dispositif permet de contrôler le profil de densité du gaz et la composition des espèces sur des longueurs sub-millimétriques.
Vue de la double cellule de gaz de la ligne faisceau PALLAS
La plate-forme LASERIX, moteur de l'accélération
La plateforme LASERIX de l'Université Paris-Saclay, rattachée à IJCLab depuis 2020, produit des impulsions ultra-courtes de 50 térawatts d'une durée de 40 femtosecondes. Ces impulsions se propagent dans un mélange d'hélium et d'azote, créant un plasma où les électrons sont accélérés par l'onde de sillage, à la manière d'un surfeur sur la vague à l’arrière d’un bateau. La cadence, actuellement de 1 Hz, sera portée à 10 Hz dans l'année. Une collaboration industrielle avec Amplitude Laser a démarré sur la fiabilisation des lasers de haute intensité.
Vers des accélérateurs compacts pour la recherche, la médecine et l'industrie
La technologie laser-plasma offre des gradients d'accélération jusqu'à 1 000 fois supérieurs aux systèmes radiofréquence conventionnels, ouvrant la voie à des installations bien plus compactes et avec un moindre impact environnemental et à destination de la recherche fondamentale, la médecine et l'industrie. Des plateformes comme PALLAS sont indispensables pour travailler à améliorer la stabilité et la qualité des faisceaux avant toute intégration dans des infrastructures de grande échelle ou des environnements hospitaliers.