Développement d'un prototype d'injecteur laser-plasma à 150 MeV

Development of a 150 MeV laser-plasma injector prototype

• Auteur / Autrice : Pierre Drobniak
• Direction : Aurélien Martens, Kevin Cassou, Sophie Kazamias
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des accélérateurs
• Date : Soutenance le 19/12/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des deux infinis Irène Joliot-Curie (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Fabian Zomer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Faure, Emmanuel d' Humières, Maud Baylac
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jérôme Faure, Emmanuel d' Humières

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécanique des fluides

Accélérateurs d'électrons

Spectroscopie sur plasma induit par laser

Plasmas produits par laser

Faisceaux laser

Plasmas (gaz ionisés)

Interactions laser-plasma

Mots clés libres

Laser-Plasma

Laser intense

Accélérateur

Expérimental

Intense laser

Laser-Plasma

Experimental work

Accelerator physics

Résumé

La thèse porte sur le développement d'un injecteur d'électrons à 150 MeV par technique laser-plasma dans le cadre du projet PALLAS. Partant de considérations inspirées de la littérature, deux séries de prototypes d'injecteurs basés sur le principe de l'injection par ionisation sont proposées. Les caractéristiques fluides des injecteurs sont modélisées par simulations OpenFOAM et validées expérimentalement à l'IJCLab. L'utilisation d'un supercalculateur associé à des simulations rapides laser-plasma permet la recherche de points de fonctionnement idéaux pour la génération de faisceaux d'électrons. Une campagne expérimentale de production d'électrons au Laboratoire d'Optique Appliquée valide le comportement effectif de la deuxième série d'injecteurs en conditions réelles.

This thesis focuses on the development of a 150 MeV electron injector using a laser-plasma technique in the frame of the PALLAS project. Starting from considerations inspired by the literature, two series of prototype injectors based on the principle of ionisation injection are proposed. The fluid characteristics of the injectors are modelled using OpenFOAM simulations and validated experimentally at IJCLab. The use of a supercomputer combined with fast laser-plasma simulations is used to find ideal operating points for electron beam generation. An experimental electron production campaign at Laboratoire d'Optique Appliquée validates the operational behaviour of the second series of injectors under real conditions.