Detection of laser-driven high-flux neutrons in view of nuclear astrophysical applications
Auteur / Autrice : | Vincent Lelasseux |
Direction : | Julien Fuchs |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Astrophysique |
Date : | Soutenance le 28/09/2022 |
Etablissement(s) : | Institut polytechnique de Paris |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris |
Partenaire(s) de recherche : | établissement opérateur d'inscription : École polytechnique (Palaiseau, Essonne ; 1795-....) |
Laboratoire : Laboratoire pour l'utilisation des lasers intenses (Palaiseau, Essonne ; 1997-....) | |
Jury : | Président / Présidente : Ishay Pomerantz |
Examinateurs / Examinatrices : Julien Fuchs, Ceri Brenner, Peter Thirolf, Paul McKenna, Satyabrata Kar | |
Rapporteur / Rapporteuse : Ishay Pomerantz, Ceri Brenner |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
Avec l’avènement de lasers multi-PW, il devient possible de générer des faisceaux de particules avec des intensités jamais atteintes jusqu’à présent. En effet, avec des intensités laser aussi importantes, les interactions laser-matière permettent de produire des faisceaux de protons dont l’énergie peut atteindre des dizaines voire des centaines de MeV dans les années qui viennent. Ces faisceaux de protons peuvent alors directement être utilisés à des fins scientifiques, ou une fraction de ceux-ci peut être transformée en faisceau de neutrons en utilisant un convertisseur adéquat. Avec de telles énergies, un proton peut être absorbé par un noyau lourd et produire plusieurs neutrons de plus basse énergie à travers un processus appelé spallation.Un tel faisceau de neutron pourrait être utilisé pour étudier un processus de nucléosynthèse qui a lieu uniquement avec des flux neutroniques extrêmement importants, le processus r. Ce processus ne peut avoir lieu que lors d’évènements cataclysmiques tels que des supernovæ ou des fusions d’étoiles à neutrons et est vu comme le responsable principal de la création des noyaux les plus lourds. Étudier expérimentalement ce processus est de nos jours extrêmement compliqué de par les flux neutroniques à atteindre mais les faisceaux de neutrons générés par laser pourraient être un début de réponse à ce problème. D’autres applications telles que la neutronthérapie ou la spectroscopie par résonance neutronique pourrait bénéficier de cette nouvelle source.Mais pour utiliser un tel faisceau de neutron, il est d’abord nécessaire de le caractériser. Dans cette thèse, nous présenterons le développement d’un détecteur de neutrons adapté aux environnements de laser de haute intensité. Ce développement inclut l’essai de prototype, des simulations à l’aide de Geant4 ainsi que la calibration de l’instrument à l’aide de sources de gammas et de neutrons.Nous présenterons également les résultats obtenus lors de deux campagnes expérimentales utilisant deux versions du détecteur que nous avons développé. Une campagne a eu lieu sur l’installation LULI200 (Palaiseau, France) et utilisait une version haute efficacité du détecteur pour étudier l’influence de l’état du plasma/solide sur des réactions nucléaires. La seconde campagne était celle de la mise en service de l’installation APOLLON (Saint-Aubin, France). Une version temps de vol neutronique du détecteur a alors été utilisée dans la perspective de mesurer à la fois le spectre énergétique et l’intensité des premiers faisceaux de neutrons générés sur l’installation.