ÉTUDE DES PLASMAS DENSES ET CHAUDS COMME MILIEU AMPLIFICATEUR POUR LES RAYONS X

Résumé
La production d'un effet laser en rayons X dépend de la possibilité de produire une inversion de population entre niveaux d'énergie convenable. Jusqu'à quelques angströms de longueur d'onde il paraît possible d'utiliser des niveaux atomiques. En dessous de l'angström on envisage de se servir des états excités nucléaires. Pour permettre une amplification dans le domaine X, l'inversion de population entre niveaux atomiques peut en principe s'effectuer selon deux schémas. Partant d'atomes neutres on peut tenter de créer, par photoionisation, un nombre élevé de lacunes en couche électronique interne. Pour y réussir il faut disposer d'une très puissante émission de rayons X. Les moyens actuels ne permettent encore que d'approcher la puissance nécessaire à ce système de pompage. On peut aussi utiliser les ions multiplement chargés d'un plasma chaud pour lesquels les transitions mettant en jeu des niveaux optiques se trouvent dans le domaine d'énergie convenable. La présence d'un gaz d'électrons libres assure une réserve de charges pour le peuplement de ces niveaux. Les inversions de population peuvent alors apparaître naturellement au cours, par exemple, d'un refroidissement rapide du plasma. Des expériences ont effectivement révélé de telles inversions dans des plasmas produits par laser pour l'ion Al³⁺ de la séquence du néon et pour l'ion hydrogénoïde C⁵⁺. Les progrès futurs dans l'utilisation de résultats de ce type pour la production de fortes superradiances en rayons X nécessitent, sur le plan théorique, le développement de l'étude détaillée des mécanismes de recombinaison les plus efficaces et sur le plan expérimental, l'augmentation par un facteur 100 environ du volume de plasma dans lequel les inversions de population peuvent apparaître.

Abstract
X-ray laser achievement depends on the possibility to produce a population inversion between levels of convenient energy. Up to a wavelength of a few angströms, the use of atomic levels seems to be possible. Below the angström, excited nuclear states are considered. In order to obtain an amplification in the X-ray range, population inversion between atomic levels can in principle operate according to two different schemes. From neutral atoms, one can try to create, by photoionization, a high number of inner electronic vacancies. This needs a very powerfull X-ray emission to be obtained. Still present capacities allow only to approach the power necessary to this pumping process. Another possibility is to use, in a hot plasma, the manyfoldy charged ions for which the transitions concerned with optical levels are in the convenient energy range. Presence of a free electron gas provides with a reserve of electronic charges for the filling of these levels. Population inversions can then appear naturally in the course, for instance, of the quick cooling of the plasma. Indeed, experiments have revealed such inversions in laser generated plasmas for the Al³⁺ ion in the neon sequency and for the hydrogenic C⁵⁺ ion. Future improvement in the utilization of results of this type for the production of strong X-ray superradiances needs, from the theoretical point of view, the detailed study of the most effective recombination mechanisms to be developed and, on the experimental point of view, an increasing by a factor of about 100 of the plasma volume in which population inversions occur.