X-ray ultra-fast absorption spectroscopy to study the matter in transient regime.
Spectroscopie d'absorption ultra-rapide de rayonnement X pour l'étude de la matière en régime transitoire.
Résumé
In this work, we study the physics of dense matter, plasmas or solids, using x-ray absorption spectroscopy. Throug! h the use of sources produced by laser-matter interaction, we have measured the absorption spectra of aluminum and bromine plasmas, as well as those of vanadium dioxyde (VO2). The measurement of absorption coefficients allows us to probe the dense matter and to study its properties. The experiments are carried out following the same principle : they use the same experimental set-up, called pump-probe. When the matter is dense, the absorption properties of an atom are modified by the surrounding environment. In a plasma, it is mainly the bound- bound transitions which are altered : the shapes of those spectral rays are modified. In a solid, the position of the neighbouring atoms in relation to the absorbing atom modify the structure of absorption levels (bound-free transition). The study of this structure allows us to measure the parameters of the material, and provides information such as the state of the electronic band or the interatomic gaps. The experiments carried out at the LULI have allowed us to probe plasmas in the relatively unknown regime of the Warm Dense Matter. One of the key parameters is that the plasma is caracterised independently (FDI diagnostic). It allows for a better comparison of the measured absorption against a calculation made with the numerical model OPA-S. The experiments carried out at INRS have led to the realisation of an experimental system having the characteristics which allow the study of the dynamics of solids showing ultra-fast phase transition. For those experiments, we have used vanadium dioxyde as a model system allowing us to test the feasibility of the method.
Dans ce mémoire, j'étudie la physique des milieux denses, plasmas ou solides, en utilisant la spectroscopie d'absorption de rayonnement X. Au moyen de sources produites par interaction laser-matière, nous avons mesuré les spectres d'absorption de plasmas d'aluminium et brome, ainsi que ceux du dioxyde de vanadium (VO2). Les mesures des co-efficients d'absorption permettent de sonder la matière dense et d'étudier ses propriétés. Les expériences sont réalisées suivant le même principe : elles utilisent un schéma expérimental identique, appelé pompe-sonde. Lorsque que la matière est dense, l'absorption d'un atome est modifiée par le milieu environnant. Dans un plasma, ce sont principalement les transitions lié-lié qui sont influencées : les profils des raies spectrales sont modifiés. Dans un solide, les positions des atomes voisins de l'atome absorbeur modifient la structure des seuils d'absorption (transition lié-libre). L'étude de cette structure permet de mesurer les paramètres du matériau, et donne des informations comme l'état des bandes électroniques ou encore les distances interatomiques. Les expériences réalisées au LULI ont permis de sonder des plasmas dans le régime mal connu de la Warm Dense Matter. Un des paramètres clés, est que le plasma est caractérisé de manière indépendante (diagnostic FDI). Cela permet une meilleure comparaison de l'absorption mesurée avec un calcul réalisé avec le modèle numérique OPA-S. Les expériences réalisées à l'INRS ont mené à la réalisation d'un système expérimental ayant les caractéristiques permettant l'étude de la dynamique de solides présentant des transitions de phase ultra- rapide. Pour cela, nous avons utilisé le dioxyde de vanadium comme système modèle permettant de tester la faisabilité de la méthode.
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