Génération et transport des électrons rapides dans l'interaction laser-plasma à haut flux

par Horia Popescu

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de François Amiranoff.

Soutenue en 2005

à Palaiseau, Ecole polytechnique .


  • Résumé

    Le contexte général de cette étude est la fusion thermonucléaire contrôlée par Confinement Inertiel (FCI) et, plus particulièrement, l'Allumeur Rapide (Fast Ignitor). Dans ce schéma la maîtrise de la génération et du transport des électrons sont vitaux. Cette thèse est une étude expérimentale de la génération et du transport des électrons rapides créés lors de l'interaction d'un laser ultra-intense (>= 10 19 W/cm2) avec une cible solide. Le diagnostic principal utilisé au cours de cette thèse est le rayonnement de transition. Ce rayonnement dépend des propriétés des électrons qui le produisent et donne des informations importantes sur ces électrons: leur énergie, température, géométrie de propagation, etc. L'analyse spectrale, spatiale et temporelle de ce rayonnement a permis de mettre en évidence l'accélération de paquets périodiques d'électrons qui dans ce cas émettent un rayonnement de transition cohérent (CTR - Coherent Transition Radiation). Nous avons développé des modèles théoriques au cours de cette thèse pour expliquer les résultats expérimentaux. On trouve ainsi deux types de paquets d'électrons émis périodiquement à la fréquence du laser (w0) et au double de la fréquence laser (2w0), mettant en jeu différents mécanismes d'accélération: vacuum heating/absorption résonnante et vxB respectivement. Ces paquets sont également observés par des simulations PIC. La température de ces électrons est de ~ 2 MeV dans nos conditions expérimentales. Ils sont émis à partir d'un point source qui est la tache focale du laser et se propagent de façon balistique; ils peuvent, dans certains cas, être réinjectés dans la cible par un phénomène de re-circulation. Cependant ce diagnostic n'est sensible qu'aux électrons cohérents et relativistes, ce qui explique la faible partie d'énergie totale qu'ils emportent (~ quelques mJ). Le CTR de ces électrons supra-thermiques domine largement le rayonnement émis par les électrons moins énergétiques qui emportent la majorité de l'énergie.

  • Titre traduit

    Generation and transport of fast electrons in the high intensity laser-mater interaction


  • Résumé

    The general context of this study is the Inertial Confinement for thermonuclear controlled fusion and, more precisely, the Fast Igniter (FI). In this context the knowledge of the generation and transport of fast electrons is crucial. This thesis is an experimental study of the generation and transport of fast electrons in the interaction of a high intensity laser (≥ 1019 W/cm2) with a solid target. The main diagnostic used here is the transition radiation. This radiation depends on the electrons which produce it and thus it gives important information on the electrons: energy, temperature, propagation geometry, etc. The spectral, temporal and spatial analysis permitted to put in evidence the acceleration of periodic electron bunches which, in this case, emit a Coherent Transition Radiation (CTR). During this thesis we have developed some theoretical models in order to explain the experimental results. We find this way two kinds of electron bunches, emitted either at the laser frequency (ω0), either at the double of this frequency (2ω0), involving several acceleration mechanisms: vacuum heating / resonance absorption and vxB, respectively. These bunches are also observed in the PIC simulations. The electron temperature is of about 2 MeV in our experimental conditions. The electrons are emitted starting from a point source (which is the laser focal spot) and then propagate in a ballistic way through the target. In some cases they can be re-injected in the target by the electrostatic field from the target edges. This diagnostic is only sensitive to the coherent relativistic electrons, which explains the weak total energy that they contain (∼few mJ). The CTR signal emitted by those fast electrons is largely dominating the signal emitted by the less energetic electrons, even if they contain the major part of the energy (∼ 1 J).

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Informations

  • Détails : 1 vol. ( 207 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 1053 réf.

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