Thèse soutenue

Développement d'un injecteur pour l'accélération laser plasma multi-étages

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Auteur / Autrice : Thomas Audet
Direction : Gilles Maynard
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique des plasmas
Date : Soutenance le 10/11/2016
Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et matière (Orsay, Essonne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des gaz et des plasmas (Orsay, Essonne ; 1965-....)
établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
Jury : Président / Présidente : Patrick Mora
Examinateurs / Examinatrices : Gilles Maynard, Patrick Mora, Danilo Giulietti, Dino Anthony. Jaroszynski, Ralph Assmann
Rapporteurs / Rapporteuses : Danilo Giulietti, Dino Anthony. Jaroszynski

Mots clés

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Résumé

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L’accélération laser plasma (ALP) est un mécanisme d’accélération de particules reposant sur l’interaction d’impulsions laser ultra-intenses, de l’ordre de quelques 10^{18} W/cm², avec un plasma. L’onde plasma générée dans le sillage de l’impulsion laser est associée à des champs électriques de grande amplitude (1 − 100 GV/m). Ces champs électriques de trois ordres de grandeurs supérieurs aux champs maximums supportés dans les cavités radiofréquences des accélérateurs conventionnels constituent le principal point fort de l’ALP, permettant d’envisager des accélérateurs de particules plus compacts. Un important travail pour améliorer les propriétés des paquets d’électrons générés par ALP, leur stabilité et la cadence de tir est cependant nécessaire pour rendre l’ALP compétitive en termes d’applications.Un moyen d’améliorer les propriétés des faisceaux d’électrons consiste à les accélérer dans un régime faiblement non linéaire en plusieurs étapes successives : l’ALP multi-étages. La source laser-plasma d’électrons, ou injecteur, doit générer des paquets d’électrons d’énergie modeste (50 − 100 MeV), de charge la plus importante possible, de faible dimension et de faible divergence. Les électrons doivent alors être injectés dans un second étage purement accélérateur dont l’objectif est d’augmenter leur énergie cinétique.L’objet de cette thèse est le développement d’un injecteur laser plasma pour l’ALP multi-étages. Dans le cadre d’une collaboration autour de l’equipex CILEX et du programme d’ALP à deux étages, un prototype d’injecteur a été construit, ELISA, reposant sur une cellule de gaz de longueur variable. La densité électronique du plasma, qui est un paramètre crucial pour le contrôle du faisceau d’électrons, a été caractérisée à la fois expérimentalement et numériquement. ELISA a été utilisée sur deux installations laser différentes, et les mécanismes physiques déterminant les paramètres des paquets d’électrons produits par ELISA ont été étudiés en fonction des nombreux paramètres expérimentaux. Une gamme de paramètres pertinents pour un injecteur laser plasma a été déterminée.Une ligne de transport et diagnostic magnétique a également été construite, implantée et testée sur l’installation UHI100 du CEA Saclay, permettant à la fois de caractériser plus finement les propriétés des paquets d’électrons générés par ELISA, mais aussi d’évaluer la qualité des paquets d’électrons transportés pour l’injection dans un second étage.