Control of electron injection and acceleration in Laser-Wakefield Accelerators

par Emilien Guillaume

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Victor Malka.

Soutenue en 2015

à Palaiseau, Ecole polytechnique .

  • Titre traduit

    Contrôle de l'injection et de l'accélération des électrons dans les accélérateurs laser-plasma


  • Résumé

    Les accélérateurs laser-plasma, plus compacts, constituent une alternative prometteuse aux accélérateurs conventionnels. Quand un laser ultra-intense est focalisé dans une cible de gaz sous-dense, des ondes plasma présentant des champs électriques de grande amplitude sont générées. Les électrons qui sont piégés dans ces ondes plasmas peuvent être accélérés jusqu’à des énergies de plusieurs GeV. Malgré leur fort potentiel, les accélérateurs laser-plasma font face à plusieurs difficultés, notamment en ce qui concerne la stabilité et la reproductibilité du faisceau au moment de l’injection dans la structure accélératrice. Dans ce manuscript, plusieurs techniques d’injection d’électrons sont présentées et comparées, notamment les méthodes d’injection dans un gradient raide de densité et d’injection par ionisation. Nous montrons qu’il est possible d’obtenir des faisceaux d’électrons stables et contrôlables en combinant ces deux techniques. Nous étudions également un moyen de manipuler le paquet d’électrons dans l’espace des phases afin de s’affranchir de la limite de déphasage et d’accélérer un peu plus les électrons. Cette technique est utilisée pour augmenter l’énergie de faisceaux d’électrons quasi-monoénergétiques. Par ailleurs, nous analysons l’origine de l’évolution du moment angulaire des électrons, précédemment observé expérimentalement. Enfin, nous présentons la démonstration expérimentale d’une nouvelle méthode permettant de réduire fortement la divergence du faisceau d’électron, la lentille laser-plasma.


  • Résumé

    Laser-plasma accelerators provide a promising compact alternative to conventional accelerators. Plasma waves with extremely strong electric fields are generated when a high intensity laser is focused into an underdense gas target. Electrons that are trapped in these laser-driven plasma waves can be accelerated up to energies of a few GeVs. Despite their great potential, laser-wakefield accelerators face some issues, regarding notably the stability and reproducibility of the beam when electrons are injected in the accelerating structure. In this manuscript, different techniques of electron injection are presented and compared, notably injection in a sharp density gradient and ionization injection. It is shown that combining these two methods allows for the generation of stable and tunable electron beams. We also studied a way to manipulate the electron bunch in the phase-space in order to accelerate the bunch beyond the dephasing limit. Such a technique was used with quasi-monoenergetic electron beams to enhance their energy. Moreover, the origin of the evolution of the angular momentum of electrons observed experimentally was investigated. Finally, we demonstrated experimentally a new method – the laser-plasma lens – to strongly reduce the divergence of the electron beam.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (228 p.)
  • Annexes : Bibliographie : 159 réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : École polytechnique. Bibliothèque Centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Bibliothèque : École polytechnique. Bibliothèque Centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C1A 120/2015/GUI
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.