Caractérisation à ultra-haute résolution spatiale, temporelle et spectrale d’un plasma dense et chaud.

Hyper-high spatial, temporal and spectral resolution characterisation of a dense and hot plasma.

• Auteur / Autrice : Luke Duthoit
• Direction : Sophie Baton
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 06/12/2017
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses

Mots clés

Mots clés libres

Spectroscopie

Opacité

Plasma

Uhi

Emission

Laser

Opacity

Uhi

Emission

Spectroscopy

Plasma

Laser

Résumé

Des travaux récents ont permis de démontrer l’efficacité du chauffage de petites cibles par des lasers de durée sub-picoseconde, et d’intensité sur cible comprise entre 1E18 et 1E19 W/cm2. Dans ces régimes d’interaction laser-matière, une grande quantité de l’énergie laser est convertie en électrons rapides. Une partie de ces électrons chauffent par collision la matière au cours de leur propagation, permettant ainsi d’atteindre des températures très élevées pendant un temps suffisamment bref pour que des mesures des propriétés spectrales de plasmas à la densité voisine de la densité du solide soient possibles. Nos résultats ont permis de quantifier les températures atteintes, de l’ordre de 4 millions de degrés, et démontré que les codes particulaires sont prédictifs dans ce régime particulier d’interaction. Pour autant, les mesures réalisées jusqu’à présent étaient soit intégrées dans le temps soit mesurées pendant des temps caractéristiques de l’ordre de 2 ps, encore trop longs vis-à-vis des temps caractéristiques de recombinaison ou de relaxation électron-ion. Le travail de thèse proposé consistera à étudier l’évolution du plasma pendant les 10 premières picosecondes de son évolution et obtenir des données inédites sur ses propriétés spectrales (opacités), son temps de recombinaison (phénomène de collapse radiatif) et les taux de relaxation électron-ion (diffusion Thomson dans le domaine X) avec une résolution temporelle de 60fs. Les expériences seront réalisées sur la station MEC (Matter in Extreme Conditions) au Linac Coherent Light Source (SLAC à l’Université de Stanford) en collaboration avec des chercheurs français du Laboratoire LULI, américains et anglais.

Recents experiments has proved efficiency of warming little targets up, by laser pulses, lasting less than a picosecond, whose intensity (when the target is hit) dwells between 1E18 & 1E19 W/cm2. As this kind of laser-matter interaction goes, an important share of laser energy is turned to fast electrons. Some of them warm matter up by collision as they propagate, thus allowing matter to reach real high temperatures, within a length of time short enough to allow spectral properties to be made with density close to solid density. Our results have allowed us to quantify reached temperatures, which dwell about 4 billons Celsius degree, and so have proved that particle codes are predictive in this case. Yet, until now, measures were integrated in time, or made within a duration around 2 ps, which is still too slow in regards to typical recombinaison time or electron-ion relaxation time. During this thesis, work will consist in studying plasma evolution for the first 10 picosecond of its evolution, and get unseen data about its spectral properties (opacities), its recombinaison time (radiative collapsing phenomenon) and electron-ion relaxation rate (Thomson diffusion in the range of X rays) with a 60 fs temporal resolution. Experiments will take place at the MEC (Matter in Extreme Conditions) station of the Linac Coherent Light Source (SLAC at Stanford university), joining forces with French researchers (of the LULI Laboratory), American ones & English ones.