Développement de l'interférométrie X et application à l'imagerie par contraste de phase de plasmas denses et turbulents

Development of X-ray interferometry and application to phase contrast imaging of dense and turbulent plasmas

• Auteur / Autrice : Victorien Bouffetier
• Direction : Alexis Casner
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique, Plasmas, nucléaire
• Date : Soutenance le 01/12/2021
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Lasers Intenses et Applications (Bordeaux ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Zeitoun
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexis Casner, Philippe Zeitoun, Andrea Ciardi, Fabien Dorchies, Amélie Ferré, Jean-Claude Kieffer
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Philippe Zeitoun, Andrea Ciardi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Astrophysique

Instabilités hydrodynamiques

Rayons X

Interactions laser-plasma

Interférométrie

Mots clés libres

Radiographie X

Imagerie de Phase

Talbot-Lau

Interférométrie

Laser-Plasma

Instabilités Hydrodynamiques

Astrophysique de laboratoire

X-ray radiography

Phase Imaging

Talbot-Lau

Interferometry

Laser-Plasma physics

Hydrodynamic Instabilities

Laboratory Astrophysics

Résumé

L’avènement des lasers de forte puissance dans la seconde moitié du XXème sièclea donné la possibilité d’étudier en laboratoire la matière dans des conditions de pression et detempérature extrêmes. Les applications de fusion thermonucléaire, et d’astrophysique de laboratoiresont ainsi vite évoquées. Les matériaux généralement employés dans ces expériences sontde numéro atomiques faible (Deuterium-Tritium, mousses, etc..). Ils sont donc particulièrementpeu absorbants. Le faible contraste qu’ils procurent à la radiographie impose de développer denouvelles méthodes de radiographie plus fines.Ainsi, dans ce manuscrit nous étudions les possibilités de réalisation expérimentale de la radiographiede phase X en propagation et par interférométrie pour les plasmas générés par laser.Dans un premier temps, sont abordées les notions de base en physique des plasmas et d’imagerie.Ensuite sont présentées les installations et les diagnostics utilisés lors des expériences. Enfin, nousmontrons les résultats expérimentaux de radiographie classique et de phase sur installations laseret sur XFEL. Nous terminons le manuscrit sur les études en cours sur l’interférométrie Talbot-Laupour l’imagerie X par différence de phase de plasmas denses. Nous présentons d’ailleurs la premièredémonstration d’interférométrie Talbot sur XFEL afin d’imager des plasmas denses dans uncontexte de haute densité d’énergie.

With the advent of high-power laser facilities in the second half of the XXth century camethe ability to study matter at extreme conditions of pressure and temperature. This advancementenabled research into thermonuclear fusion and laboratory astrophysics, two fields which oftenemploy elements with low atomic numbers. These elements have weak x-ray absorption, resultingin poor contrast in traditional x-ray radiography. Thus, new and more refined methods arerequired to achieve high-contrast and high-resolution images.This manuscript reports on the study of propagative and interferometric x-ray phase imagingmethods for laser-generated plasmas at XFEL and other laser facilities. First, the neededfundamental plasma and imaging physics are presented to develop x-ray phase contrast imagingin a high-energy-density environment. This is followed by an overview of the facilities andprimary diagnostics used in these studies. Next, experimental results are shown using propagativeimaging methods at laser and XFEL facilities. The manuscript finishes by examining the currentdevelopments in differential x-ray phase contrast imaging of laser-generated plasmas using aTalbot-Lau x-ray interferometer, including its first demonstration at XFEL facilities.