Accélération électronique par sillage laser et sources de rayonnements associées

par Xavier Davoine

Thèse de doctorat en Modélisation pour la physique

Sous la direction de Victor Malka.

Le jury était composé de Hervé de Féraudy, Patrick Mora, Éric Lefebvre.

Les rapporteurs étaient Philippe Balcou, Luís O. Silva.


  • Résumé

    L'accélération par sillage laser est une technique permettant d'obtenir un accélérateur à électrons très compact en comparaison avec les accélérateurs conventionnels et produisant des faisceaux d'électrons aux propriétés inédites. Elle repose sur l'utilisation d'une impulsion laser ultra intense et de durée ultracourte. En se propageant dans un plasma peu dense, l'impulsion laser crée dans son sillage une onde plasma générant des champs électriques très importants et d'amplitude de plusieurs ordres de grandeur supérieure aux accélérateurs conventionnels. Ces ondes de sillage permettent d'accélérer très fortement des faisceaux d'électrons en quelques millimètres ou centimètres, jusqu'à des énergies de plusieurs dizaines de MeV à quelques GeV. La taille des accélérateurs est donc considérablement réduite. Les faisceaux d'électrons ainsi générés peuvent être notamment utilisés pour créer des rayonnements X et gamma ultra-brefs par diverses méthodes, par exemple en utilisant des cibles de conversion ou des onduleurs. Le travail réalisé dans cette thèse est essentiellement numérique. L'interaction laser-plasma est modélisée à l'aide du code Calder. Les simulations ont permis de mieux comprendre la physique en jeu, notamment dans le cas où les électrons sont injectés dans l'onde de sillage grâce au schéma de collision d'impulsions. Ce schéma permet d'améliorer la qualité des faisceaux produits et d'en contrôler les caractéristiques. Enfin, un code reposant sur une modélisation et des algorithmes différents a été étudié. Ce nouveau code permet de réduire considérablement la durée des simulations.

  • Titre traduit

    Electron acceleration by laser wakefield and associated radiations sources


  • Résumé

    With laser wakefield acceleration, compact electron accelerators can be obtained in comparison with conventional accelerators. In addition, the resulting electron beams display original properties. This method deals with the use of an ultra-short and ultra-intense laser pulse. While propagating in low density plasma, the laser pulse creates in its wake a plasma wave with electrical field amplitude much larger than in conventional accelerator (by several orders of magnitude). This wakefield can strongly accelerate electron beams in few millimetres or centimetres up to energy from tens of MeV to several GeV. The accelerator size is then considerably reduced. The electron beams generated with wakefield acceleration can be used to produce X and Gamma-rays by diverse methods, for instance by using conversion targets or wigglers. The work achieved in this thesis is essentially numerical. The laser-plasma interaction is modelled with the code Calder. The simulations have allowed to better understand the physics involved, in particular when the electrons are injected thanks to the colliding pulse scheme. This scheme allows to improve the beam quality and to control its properties. Finally a code based on a different model and algorithms has been studied. This new code allows to considerably reduce the simulation length.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (170 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.164-170 : 91 réf.

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