Développement d'une source pulsée d'électrons extraits d'un plasma produit par laser

Development of a pulsed source of electrons extracted from a laser produced plasma

• Auteur / Autrice : Xavier Raymond
• Direction : Franck Gobet, Maud Versteegen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique, plasmas, nucléaire
• Date : Soutenance le 24/09/2018
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'études nucléaires Bordeaux Gradignan
• Jury : Président / Présidente : Fabien Dorchies
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabien Dorchies, Jacques Gardelle, Vincent Méot, Alain Denoirjean
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jacques Gardelle, Vincent Méot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Faisceaux électroniques

Excitation nucléaire

Plasmas produits par laser

Mots clés libres

Diffusion (e,e')

Excitation nucléaire

Laser-plasma

Source d'électrons

Simulation PIC

(e, e') scattering

Nuclear excitation

Laser-plasma

Electron source

PIC simulation

Résumé

Ce manuscrit de thèse décrit le développement d'un faisceau d'électrons intense et bref qui s'insère dans le cadre de la recherche sur les propriétés nucléaires de la matière au sein des plasmas chauds et denses. Afin d'obtenir un tel faisceau, une nouvelle source a été imaginée, dont le principe est basé sur l'extraction des électrons d'un plasma produit par une impulsion laser intense. La caractérisation du plasma produit par laser lors de son expansion fait l'objet d'une première partie expérimentale de ce manuscrit. Ensuite, une différence de potentiel électrique de l'ordre de quelques kV appliquée sur le plasma lors de son expansion montre que l'extraction des électrons est un processus dynamique. Ces observations expérimentales sont validées par des études numériques à l'aide du code de simulation Particle-In-Cell "XOOPIC". Enfin, les distributions en surface et en énergie des électrons extraits du plasma sont déterminées expérimentalement et numériquement tout au long de l'expansion du plasma, ce qui fait l'objet d'une ultime partie de ce manuscrit. Pour cela, un détecteur de type Faraday Cup est utilisé. Une analyse de l'intensité d'émission du courant d'électrons via un modèle numérique met en évidence la présence d'un pré-plasma fournissant un champ électrique extracteur supplémentaire.

This Ph.D thesis describes the development of an intense and brief electron beam and forms part of the research on the nuclear properties of matter in hot and dense plasmas. In order to obtain such a beam, a new source has been created, the principle is based on the extraction of electrons from a plasma produced by an intense laser pulse. The characterization of the laser-produced plasma during its expansion is the subject of a first experimental part of this thesis. Then, an electrical potential of the order of a few kV applied to the plasma during its expansion shows that the extraction of the electrons is a dynamic process. These experimental observations are validated by numerical studies using Particle-In-Cell simulation code "XOOPIC". Finally, the surface and energy distributions of the electrons extracted from the plasma are determined experimentally and numerically throughout the plasma expansion, which is the final part of this thesis. For this, a Faraday Cup type detector is used. An analysis of the emission intensity of the electron current with a numerical model shows the presence of a pre-plasma providing an additional extracting electric field.