Diagnostic par rayons X et imagerie par rayons X de plasmas produits par laser

X-Ray diagnostics and X-ray imaging of laser-produced plasmas

• Auteur / Autrice : Olena Turianska
• Direction : Dimitri Batani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Lasers, Matière et Nanosciences
• Date : Soutenance le 01/12/2022
• 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 : Emmanuel d' Humières
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pravesh Patel, Katarzyna Batani
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Petra Koester, Luca Volpe

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayons X

Diagnostics de plasma

Rayonnement de freinage

Plasmas produits par laser

Ondes de choc

Mots clés libres

Ondes de choc

Plasmas produits par laser

Diagnostics rayons X

Imagerie par contraste de phase à rayons X

Canon Bremsstrahlung

Shock waves

Laser produced plasmas

X-Ray diagnostics

X-Ray phase contrast imaging

Bremsstrahlung cannon

Résumé

Ce travail s'est axé sur le développement et l'optimisation des diagnostics par rayons X pour l'étude des plasmas produits par laser. En particulier l'imagerie par contraste de phase à rayons X résolue en temps (XPCI) est étudiée comme alternative à l'utilisation de la radiographie par rayons X pour sonder les phénomènes dynamiques dans les plasmas à haute densité. L'XPCI a été spécifiquement appliquée pour étudier la dynamique des chocs générés par laser dans des cibles en plastique. Les résultats expérimentaux obtenus ont été complétés par des simulations hydrodynamiques 1D et 2D. Il a été possible de réaliser l'XPCI dans diverses installations laser à haute énergie, avec des conditions d’irradiation laser tres différentes.De plus, les travaux ont également porté sur la caractérisation des spectres de bremsstrahlung générés lors d'interactions laser-plasma de haute intensité à l'échelle de la femtoseconde, en vue de leur utilisation comme source de "backlighter" dans l'XPCI. Ces émissions de rayons X sont également intéressantes en tant que diagnostic de plasma car elles permettent de caractériser les électrons chauds qui sont responsables de l'émission de bremsstrahlung. Un module semi-analytique a été développé permettant une estimation rapide de la température de la population d'électrons chauds à partir des spectres mesurés.Ces sujets traités sont d'importance pour la physique de la haute densité d'énergie (HED) et pour la fusion par confinement inertiel.

This work was focused on the development and optimization of X-ray diagnostics for the study of laser produced plasmas and in particular time-resolved x-ray contrast imaging (XPCI) as an alternative to the use of X-ray radiography in probing dynamical phenomena in high density plasmas. XPCI was specifically applied to study the dynamics of laser-generated shocks in plastic targets. The obtained experimental results were completed by 1D and 2D hydrodynamic simulations. It was possible to realize XPCI in various high-energy laser facilities, for variable nanosecond laser drive conditions.In addition, the work also focused on the characterization of bremsstrahlung spectra generated in high-intensity femtosecond-scale laser-plasma interactions, for their use as a backlighter source in XPCI. These X-ray emissions are also interesting as a plasma diagnostic because they allow us to characterize the hot electrons which are responsible for the bremsstrahlung emission. A semi-analytical module was developed allowing for a fast estimation of the hot electron population temperature from the measured spectra.These developed topics are of importance for high energy density (HED) physics and for inertial confinement fusion.