Accélération électronique par sillage laser et sources de rayonnements associées PDF Download
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Author: Xavier Davoine
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Category :
Languages : fr
Pages : 170
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Book Description
L'accélération par sillage laser est une technique permettant d'obtenir un accélérateur à électrons très compact en comparaison avec les accélérateurs conventionnels et produisant des faisceaux d'électrons aux propriétés inédites. Elle repose sur l'utilisation d'une impulsion laser ultra intense et de durée ultracourte. En se propageant dans un plasma peu dense, l'impulsion laser crée dans son sillage une onde plasma générant des champs électriques très importants et d'amplitude de plusieurs ordres de grandeur supérieure aux accélérateurs conventionnels. Ces ondes de sillage permettent d'accélérer très fortement des faisceaux d'électrons en quelques millimètres ou centimètres, jusqu'à des énergies de plusieurs dizaines de MeV à quelques GeV. La taille des accélérateurs est donc considérablement réduite. Les faisceaux d'électrons ainsi générés peuvent être notamment utilisés pour créer des rayonnements X et gamma ultra-brefs par diverses méthodes, par exemple en utilisant des cibles de conversion ou des onduleurs. Le travail réalisé dans cette thèse est essentiellement numérique. L'interaction laser-plasma est modélisée à l'aide du code Calder. Les simulations ont permis de mieux comprendre la physique en jeu, notamment dans le cas où les électrons sont injectés dans l'onde de sillage grâce au schéma de collision d'impulsions. Ce schéma permet d'améliorer la qualité des faisceaux produits et d'en contrôler les caractéristiques. Enfin, un code reposant sur une modélisation et des algorithmes différents a été étudié. Ce nouveau code permet de réduire considérablement la durée des simulations.
Author: Xavier Davoine
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 170
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Book Description
L'accélération par sillage laser est une technique permettant d'obtenir un accélérateur à électrons très compact en comparaison avec les accélérateurs conventionnels et produisant des faisceaux d'électrons aux propriétés inédites. Elle repose sur l'utilisation d'une impulsion laser ultra intense et de durée ultracourte. En se propageant dans un plasma peu dense, l'impulsion laser crée dans son sillage une onde plasma générant des champs électriques très importants et d'amplitude de plusieurs ordres de grandeur supérieure aux accélérateurs conventionnels. Ces ondes de sillage permettent d'accélérer très fortement des faisceaux d'électrons en quelques millimètres ou centimètres, jusqu'à des énergies de plusieurs dizaines de MeV à quelques GeV. La taille des accélérateurs est donc considérablement réduite. Les faisceaux d'électrons ainsi générés peuvent être notamment utilisés pour créer des rayonnements X et gamma ultra-brefs par diverses méthodes, par exemple en utilisant des cibles de conversion ou des onduleurs. Le travail réalisé dans cette thèse est essentiellement numérique. L'interaction laser-plasma est modélisée à l'aide du code Calder. Les simulations ont permis de mieux comprendre la physique en jeu, notamment dans le cas où les électrons sont injectés dans l'onde de sillage grâce au schéma de collision d'impulsions. Ce schéma permet d'améliorer la qualité des faisceaux produits et d'en contrôler les caractéristiques. Enfin, un code reposant sur une modélisation et des algorithmes différents a été étudié. Ce nouveau code permet de réduire considérablement la durée des simulations.
Author: Sébastien Corde
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 170
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Book Description
Lors de l'interaction relativiste entre une impulsion laser brève et intense et un plasma sous-dense, des électrons peuvent être injectés et accélérés jusqu'à plusieurs centaines de MeV dans une structure accélératrice se formant dans le sillage de l'impulsion laser : c'est l'accélérateur laser-plasma. Une des applications majeures de ces accélérateurs réside dans le développement de sources compactes de faisceaux de rayonnement X femtoseconde. Au cours de cette thèse, deux sources de rayonnement X ont été étudiées et développées. Le rayonnement bétatron, intrinsèque à l'accélérateur laser-plasma, provient des oscillations transverses des électrons au cours de leur accélération. Sa caractérisation par comptage de photons a montré que le faisceau X contenait un total de 10^9 photons, avec des énergies pouvant être supérieures à 10 keV. Nous avons également développé une source Compton tout optique produisant des photons de quelques centaines de keV, basée sur la collision entre un faisceau de photons et un faisceau d'électrons. Le potentiel de ces sources de rayonnement a été mis en évidence en réalisant l'imagerie par contraste de phase mono-coup d'un échantillon biologique. Nous avons ensuite montré que l'émission X bétatron est un outil expérimental très puissant pour étudier la physique sous-jacente à l'accélération laser-plasma. On peut tout d'abord réaliser la cartographie de la région d'émission, ce qui donne des informations inédites, permettant par exemple de localiser l'endroit où sont injectés les électrons. Les propriétés angulaires et spectrales du rayonnement X permettent également d'avoir des informations sur la dynamique transverse des électrons au cours de leur accélération
Author: Paul Bolton
Publisher: CRC Press
ISBN: 0429817096
Category : Science
Languages : en
Pages : 552
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Book Description
The first book of its kind to highlight the unique capabilities of laser-driven acceleration and its diverse potential, Applications of Laser-Driven Particle Acceleration presents the basic understanding of acceleration concepts and envisioned prospects for selected applications. As the main focus, this new book explores exciting and diverse application possibilities, with emphasis on those uniquely enabled by the laser driver that can also be meaningful and realistic for potential users. It also emphasises distinction, in the accelerator context, between laser-driven accelerated particle sources and the integrated laser-driven particle accelerator system (all-optical and hybrid versions). A key aim of the book is to inform multiple, interdisciplinary research communities of the new possibilities available and to inspire them to engage with laser-driven acceleration, further motivating and advancing this developing field. Material is presented in a thorough yet accessible manner, making it a valuable reference text for general scientific and engineering researchers who are not necessarily subject matter experts. Applications of Laser-Driven Particle Acceleration is edited by Professors Paul R. Bolton, Katia Parodi, and Jörg Schreiber from the Department of Medical Physics at the Ludwig-Maximilians-Universität München in München, Germany. Features: Reviews the current understanding and state-of-the-art capabilities of laser-driven particle acceleration and associated energetic photon and neutron generation Presents the intrinsically unique features of laser-driven acceleration and particle bunch yields Edited by internationally renowned researchers, with chapter contributions from global experts
Author: Fabien Dorchies
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 266
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Book Description
DANS LE BUT D'ACCELERER DES PARTICULES CHARGEES AVEC DES CHAMPS ELECTRIQUES SUPERIEURS AUX LIMITES ACTUELLES DES CAVITES ACCELERATRICES CONVENTIONNELLES (DE L'ORDRE DE 100 MV/M), PLUSIEURS MECANISMES UTILISANT UNE ONDE PLASMA ELECTRONIQUE EXCITEE PAR LA FORCE PONDEROMOTRICE D'UNE IMPULSION LASER INTENSE ONT ETE PROPOSES. PARMI CEUX-CI, LE SILLAGE LASER SEMBLE LE PLUS PROMETTEUR : UNE IMPULSION LASER ULTRA-COURTE ( 1 PS) ET ULTRA-INTENSE ( 10#1#7 W.CM##2) SE PROPAGEANT DANS UN PLASMA SOUS-DENSE (DE L'ORDRE DE 10#1#7 ELECTRONS PAR CM#3), EXCITE DANS SON SILLAGE UNE ONDE PLASMA ELECTRONIQUE DE FORTE AMPLITUDE. LE CHAMP ELECTRIQUE LONGITUDINAL ASSOCIE A CETTE ONDE PEUT ETRE TRES ELEVE ET ACCELERER EFFICACEMENT DES ELECTRONS INJECTES. CETTE THESE PRESENTE UNE ETUDE EXPERIMENTALE DE CE MECANISME. DANS UN PREMIER TEMPS, L'ONDE PLASMA EXCITEE PAR SILLAGE LASER A ETE MESUREE OPTIQUEMENT EN UTILISANT LE DIAGNOSTIC D'INTERFEROMETRIE FREQUENTIELLE. CETTE PREMIERE SERIE D'EXPERIENCES A PERMIS DE MONTRER LA VALIDITE DE LA THEORIE LINEAIRE DU SILLAGE DANS UN REGIME FORTEMENT RADIAL, JUSQU'A UNE AMPLITUDE RELATIVE DE L'ORDRE DE 100%. UNE EXPERIENCE A ETE CONCUE ET ETUDIEE DANS UN REGIME LONGITUDINAL. LORS D'UNE AUTRE EXPERIENCE, DES ELECTRONS ONT ETE INJECTES DANS L'ONDE PLASMA. DES ELECTRONS ACCELERES PAR UN CHAMP DE L'ORDRE DE 1 GV/M ONT ETE OBSERVES. A NOUVEAU, LA THEORIE LINEAIRE DU SILLAGE PERMET DE RENDRE COMPTE DES RESULTATS OBSERVES. CETTE EXPERIENCE A NOTAMMENT MONTRE L'INFLUENCE DES CHAMPS ELECTRIQUES RADIAUX ASSOCIES A L'ONDE PLASMA SUR LA QUALITE DE L'ACCELERATION. CETTE ACCELERATION EST LIMITEE PAR LA LONGUEUR SUR LAQUELLE EXISTE L'ONDE PLASMA, C'EST A DIRE PAR LA LONGUEUR DE RAYLEIGH DU FAISCEAU LASER. UN MOYEN D'AUGMENTER LE GAIN D'ENERGIE DES ELECTRONS EST DE GUIDER L'IMPULSION LASER INTENSE SUR DE PLUS GRANDES LONGUEURS. DANS CETTE OPTIQUE, UNE PREMIERE EXPERIENCE DE GUIDAGE DANS UN CAPILLAIRE DIELECTRIQUE CREUX A ETE REALISEE.
Author: Satomi Shiraishi
Publisher: Springer
ISBN: 3319085697
Category : Science
Languages : en
Pages : 133
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Book Description
This thesis establishes an exciting new beginning for Laser Plasma Accelerators (LPAs) to further develop toward the next generation of compact high energy accelerators. Design, installation and commissioning of a new experimental setup at LBNL played an important role and are detailed through three critical components: e-beam production, reflection of laser pulses with a plasma mirror and large wake excitation below electron injection threshold. Pulses from a 40 TW peak power laser system were split into a 25 TW pulse and a 15 TW pulse. The first pulse was used for e-beam production in the first module and the second pulse was used for wake excitation in the second module to post-accelerate the e-beam. As a result, reliable e-beam production and efficient wake excitation necessary for the staged acceleration were independently demonstrated. These experiments have laid the foundation for future staging experiments at the 40 TW peak power level.
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ISBN:
Category :
Languages : en
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Book Description
Author: DENIS.. TEYCHENNE
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 324
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Book Description
DANS CETTE THESE, NOUS ETUDIONS L'ONDE PLASMA RELATIVISTE DE GRANDE AMPLITUDE ET L'ACCELERATION DE PARTICULES PRODUITE DANS UNE TELLE STRUCTURE. EN EFFET, LE PASSAGE D'UNE COURTE IMPULSION LASER (INFERIEURE A 1 PICOSECONDE.) DE FORTE INTENSITE (SUPERIEURE A 10#1#8 W/CM#2) DANS UN PLASMA SOUS-CRITIQUE GENERE IMMEDIATEMENT DERRIERE CELLE-CI, UNE ONDE PLASMA DE GRANDE AMPLITUDE APPELEE ONDE DE SILLAGE. CETTE DERNIERE POSSEDE DEUX CARACTERISTIQUES IMPORTANTES POUR L'ACCELERATION: UN CHAMP ELECTRIQUE INTENSE (ENTRE 10 ET 100 GV/M) ET UNE VITESSE DE PHASE PROCHE DE CELLE DE LA LUMIERE. LA PREMIERE PARTIE EST CONSACREE AUX PROPRIETES DE L'ONDE DE SILLAGE QUI EST ENGENDREE PAR LES FORCES PONDEROMOTRICE DE L'IMPULSION LASER. L'ANALYSE THEORIQUE DETAILLEE DES PARAMETRES PHYSIQUES (CHAMP ET POTENTIEL ELECTRIQUE, MODULATION DE DENSITE, LONGUEUR D'ONDE, LONGUEUR OPTIMALE DE L'IMPULSION, CONDITIONS DE DEFERLEMENT ET TRANSFERT D'ENERGIE ENTRE LE PLASMA ET L'IMPULSION LASER) EST EFFECTUEE AVEC UN PROFIL RECTANGULAIRE ET AVEC UN ECLAIREMENT LASER ET UNE DENSITE DE PLASMA QUELCONQUES. ON COMPARE LES AVANTAGES ET LES INCONVENIENTS DE L'EFFET DE SILLAGE ET DU BATTEMENT D'ONDES. UNE ETUDE NUMERIQUE EST EGALEMENT REALISEE AVEC UN PROFIL EN ENERGIE DE L'IMPULSION PLUS REALISTE (SINUS-CARRE). ELLE PERMET DE QUANTIFIER, D'UNE PART, L'INFLUENCE DES ECLAIREMENTS LASER ET D'AUTRE PART, L'IMPACT DE LA LONGUEUR DE L'IMPULSION SUR L'ONDE DE SILLAGE. LA DEUXIEME PARTIE PRESENTE L'ACCELERATION DE PARTICULE DANS UNE ONDE PLASMA RELATIVISTE. DANS UN PREMIER TEMPS, ON CALCULE RIGOUREUSEMENT LES LONGUEURS D'ACCELERATION D'UNE PARTICULE TEST PIEGEE DANS UNE ONDE PLASMA SINUSOIDALE OU DANS UNE ONDE PLASMA NON-LINEAIRE. PUIS, DANS UN DEUXIEME TEMPS, ON DETERMINE LE MEILLEUR COMPROMIS ENTRE LE GAIN D'ENERGIE DES PARTICULES ET LA LONGUEUR DU PLASMA
Author: Arnaud André
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Lors de le la propagation d'une impulsion laser ultra- intense et ultra-brève dans un plasma sous dense une onde de plasma se forme dans son sillage, susceptible d'accélérer des électrons à des énergies élevées sur de très courtes distances. Dans un régime d'excitation extrêmement non-linéaire, connu sous le nom de régime de la bulle, on peut obtenir des faisceaux mono-énergétiques d'électrons relativistes. Si les faisceaux d'électrons issus de l'interaction sont aujourd'hui bien caractérisés, de nombreux paramètres de l'interaction restent inaccessibles, faute de diagnostics adaptés. Nous avons tenté de répondre à cette problématique au cours de cette thèse, en étudiant à l'aide de simulations numériques comment interpréter le rayonnement issu de l'interaction pour déterminer la dynamique du milieu.La première partie de l'étude est consacrée aux propriétés du rayonnement des électrons accélérés, qui s'étend jusque dans le domaine des X. L'étude des caractéristiques de l'émission doit pouvoir renseigner sur le mouvement des électrons du milieu et plus généralement sur l'interaction laser-plasma. Les études menées dans le cadre de cette thèse montrent qu'en effet l'observation du rayonnement permet de déterminer la direction des électrons du faisceau en fin d'accélération, et dans une certaine mesure, leur répartition à l'intérieur du faisceau.La deuxième partie concerne la propagation en milieu sous dense. Le plasma perturbe l'impulsion au cours de sa propagation, modifiant ses caractéristiques spatiales et spectrales. Nous avons étudié ces effets lorsque le milieu est constitué d'un gaz d'azote puis d'argon. Nos résultats mettent en évidence les contributions respectives de l'auto-modulation de l'impulsion ainsi que celle du gradient de densité électronique créé par l'ionisation des gaz dans leurs différents états de charge. L'étude a été poursuivie dans des conditions d'accélération exploitant un gaz plus léger et à plus haute intensité, dans le régime de la bulle. Nous avons identifié l'origine des variations des conditions d'interaction observées dans la première partie.
Author: Thomas Audet
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
L'accélération laser plasma (ALP) est un mécanisme d'accélération de particules reposant sur l'interaction d'impulsions laser ultra-intenses, de l'ordre de quelques 10^{18} W/cm2, avec un plasma. L'onde plasma générée dans le sillage de l'impulsion laser est associée à des champs électriques de grande amplitude (1 - 100 GV/m). Ces champs électriques de trois ordres de grandeurs supérieurs aux champs maximums supportés dans les cavités radiofréquences des accélérateurs conventionnels constituent le principal point fort de l'ALP, permettant d'envisager des accélérateurs de particules plus compacts. Un important travail pour améliorer les propriétés des paquets d'électrons générés par ALP, leur stabilité et la cadence de tir est cependant nécessaire pour rendre l'ALP compétitive en termes d'applications.Un moyen d'améliorer les propriétés des faisceaux d'électrons consiste à les accélérer dans un régime faiblement non linéaire en plusieurs étapes successives : l'ALP multi-étages. La source laser-plasma d'électrons, ou injecteur, doit générer des paquets d'électrons d'énergie modeste (50 - 100 MeV), de charge la plus importante possible, de faible dimension et de faible divergence. Les électrons doivent alors être injectés dans un second étage purement accélérateur dont l'objectif est d'augmenter leur énergie cinétique.L'objet de cette thèse est le développement d'un injecteur laser plasma pour l'ALP multi-étages. Dans le cadre d'une collaboration autour de l'equipex CILEX et du programme d'ALP à deux étages, un prototype d'injecteur a été construit, ELISA, reposant sur une cellule de gaz de longueur variable. La densité électronique du plasma, qui est un paramètre crucial pour le contrôle du faisceau d'électrons, a été caractérisée à la fois expérimentalement et numériquement. ELISA a été utilisée sur deux installations laser différentes, et les mécanismes physiques déterminant les paramètres des paquets d'électrons produits par ELISA ont été étudiés en fonction des nombreux paramètres expérimentaux. Une gamme de paramètres pertinents pour un injecteur laser plasma a été déterminée.Une ligne de transport et diagnostic magnétique a également été construite, implantée et testée sur l'installation UHI100 du CEA Saclay, permettant à la fois de caractériser plus finement les propriétés des paquets d'électrons générés par ELISA, mais aussi d'évaluer la qualité des paquets d'électrons transportés pour l'injection dans un second étage.
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Category : Physics
Languages : fr
Pages : 482
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