Etude et développement d'une source compacte et ultra-brève d'éléctrons et de rayons X pompée par laser et application a l'imagerie médicale PDF Download
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Author: Béla Kiràly
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Languages : fr
Pages : 157
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Book Description
Ce travail concerne l'étude et le développement d'une source d'électrons et de rayons X pompée par laser dénommée CIBER-X. Le fonctionnement de la source CIBER-X est basé sur un processus à trois étapes. La première consiste à produire des impulsions d'électrons de très courte durée par photoémission, qui sont ensuite accèlérés par une haute tension jusqu'à la sortie du photoinjecteur. Dans la deuxième étape, ce faisceau d'électrons énergétiques est refocalisé par des champs magnétiques. Enfin, la génération de rayons X est obtenue par l'impact de ces électrons sur une cible metallique. Les impulsions d'électrons étant produites par une photocathode qui fonctionne par transmission, nous nous sommes donc occupés dans un premier temps de l'optimisation de ses performances. A l'étape suivante nous nous sommes intéressés à l'étude du transport des électrons jusqu'à la cible. Tout d'abord nous avons effectués une série de simulations numériques à l'aide du code de calculs PIXELI° développé antérieurement au laboratoire. Des mesures expérimentales de la charge et du diamètre du foyer dans le plan de la cible ont montré que le code PIXELI° était un excellent outil pour modeliser le fonctionnement de ce type de source. A partir de mesures expérimentales, nous avons déterminé que la brillance de la source est supérieure à 3,5-10 puisssance 12 photons X.S-1.MM puissance 1.MSRAD-1.KEV-1, valeur supérieure de plusieurs ordres de grandeur à celle d'un tube classique, et comparable à celle d'un synchrotron de première génération. Finalement, nous avons présenté une application de notre sourceà l'imagerie médicale. Nous avons montré qu'à l'aide de celle-çi il était possible de déterminer la dose minimale permettant d'obtenir toutes les informations pathologiques nécessaires pour un échantillon donné. Cette dose étant naturellement inférieure aux doses couramment appliquées actuellement.
Author: Béla Kiràly
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Languages : fr
Pages : 157
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Ce travail concerne l'étude et le développement d'une source d'électrons et de rayons X pompée par laser dénommée CIBER-X. Le fonctionnement de la source CIBER-X est basé sur un processus à trois étapes. La première consiste à produire des impulsions d'électrons de très courte durée par photoémission, qui sont ensuite accèlérés par une haute tension jusqu'à la sortie du photoinjecteur. Dans la deuxième étape, ce faisceau d'électrons énergétiques est refocalisé par des champs magnétiques. Enfin, la génération de rayons X est obtenue par l'impact de ces électrons sur une cible metallique. Les impulsions d'électrons étant produites par une photocathode qui fonctionne par transmission, nous nous sommes donc occupés dans un premier temps de l'optimisation de ses performances. A l'étape suivante nous nous sommes intéressés à l'étude du transport des électrons jusqu'à la cible. Tout d'abord nous avons effectués une série de simulations numériques à l'aide du code de calculs PIXELI° développé antérieurement au laboratoire. Des mesures expérimentales de la charge et du diamètre du foyer dans le plan de la cible ont montré que le code PIXELI° était un excellent outil pour modeliser le fonctionnement de ce type de source. A partir de mesures expérimentales, nous avons déterminé que la brillance de la source est supérieure à 3,5-10 puisssance 12 photons X.S-1.MM puissance 1.MSRAD-1.KEV-1, valeur supérieure de plusieurs ordres de grandeur à celle d'un tube classique, et comparable à celle d'un synchrotron de première génération. Finalement, nous avons présenté une application de notre sourceà l'imagerie médicale. Nous avons montré qu'à l'aide de celle-çi il était possible de déterminer la dose minimale permettant d'obtenir toutes les informations pathologiques nécessaires pour un échantillon donné. Cette dose étant naturellement inférieure aux doses couramment appliquées actuellement.
Author: Mokrane Hadj-Bachir
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Languages : fr
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Book Description
L'obtention d'un Laser à Électrons Libres X (LEL-X) compact est un objectif majeur pour le développement des lasers. Plusieurs schémas prometteurs de LEL-X ont été proposés en utilisant à la fois l'accélération d'électrons dans les plasmas et des onduleurs optiques en régime Compton ou Compton inverse. Nous avons proposé un nouveau concept de LEL-X compact baptisé Raman XFEL, en combinant la physique des LEL en régime Compton, des lasers XUV conventionnels basés sur l'interaction laser plasma, et de l'optique non-linéaire. Nous étudions dans cette thèse les étapes préalables pour déclencher un effet laser à rayons X lors de l'interaction entre un paquet d'électrons libres relativistes et un réseau optique créé par l'interférence transverse de deux impulsions laser intenses. Dans cet objectif j'ai développé un code particulaire baptisé RELIC. Les études menées avec le code RELIC nous ont permis d'étudier la dynamique d'électrons relativistes et les processus d'injection du paquet d'électrons dans le réseau optique. Grâce à RELIC, nous avons distingué de nouveaux régimes d'interaction en fonction des paramètres du paquet d'électrons, ainsi que de la géométrie du réseau optique. Ces études ont été appliquées à l'amplification du rayonnement X et appuyées par des simulations PIC. RELIC a également permis de modéliser et d'analyser la première expérience réalisée en octobre 2015 sur l'installation laser 'Salle Jaune' au Laboratoire d'Optique Appliquée (LOA). Cette première expérience a été une étape très importante pour la validation des modèles théoriques, et pour la réalisation future d'un laser à électrons libre X Raman.
Author: Pierre Favier
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La diffusion Compton inverse est un moyen unique pour produire des rayons X quasi-monochromatiques via l'interaction entre des électrons relativistes et une impulsion laser. Ce processus présente l'avantage de produire des flux très élevés de rayons X avec des énergies supérieures à quelques dizaines de keV. De plus, la divergence du faisceau de sortie est beaucoup plus grande que dans les sources de lumière synchrotron classiques et le faisceau de rayons X est donc plus facile à manipuler. Nous présentons une source de rayons X en construction à l'Université Paris-Sud, ThomX. Cette source utilise un faisceau d'électrons de 50 MeV qui interagit à 16,7 MHz avec une impulsion laser de quelques picosecondes dont la puissance moyenne est à l'état de l'art avec 600 kW, permettant de produire des rayons X entre 30 et 50 keV avec un flux de 10^{13} ph/s. Cette gamme d'énergie ainsi que la dépendance énergie-angulaire provenant du processus physique conviennent aux applications sociétales comme la radiothérapie ou l'histoire de l'art.Une cavité optique de très haute finesse (> 24000) est utilisée comme prototype pour effectuer des travaux de R&D pour la source ThomX. 400 kW de puissance laser moyenne ont été stockés avec succès dans cette cavité, en utilisant un faisceau laser d'entrée de seulement 40 W. Ce résultat, unique au monde, permet d'envisager l'achèvement de la source de rayons X de faible coût et de haut flux ThomX. Cette thèse explique les études expérimentales et analytiques qui ont été réalisées pour atteindre cette performance, dont une généralisation du processus d'empilement des impulsions laser pour les faisceaux laser ayant une fréquence de répétition différente de celle de la cavité, et les méthodes développées pour l'amélioration expérimentale du couplage spatial.
Author: Yasmina Fedala
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Languages : fr
Pages : 205
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L'objectif principal de cette thèse porte sur l'étude et la conception d'une cavité Fabry Pérot de haute finesse pour amplifier un faisceau laser dans le but d'atteindre des gains de puissance allant de 104 à 105. Cette cavité est destinée à la production de rayons-X intenses et monochromatiques pour des applications médicales (anneau médical RADIOTHOMX) et de rayons gamma, pour la source de positrons polarisés pour les collisionneurs linéaires CLIC "Collisionneur Linéaire Compact" et ILC "International Linear Collider", par interaction Compton entre un faisceau laser de grande puissance et un faisceau d'électrons. Pour augmenter la luminosité de l'interaction Compton aux points de collisions, il est essentiel d'avoir non seulement un faisceau laser de très grande puissance mais il faut aussi que le faisceau soit très focalisé au point d'interaction. Pour atteindre de telles performances, deux cas de figures se présentent : une cavité concentrique mécaniquement instable ou une cavité à quatre miroirs plus complexe mais plus stable. Nous avons testé numériquement la stabilité mécanique et la stabilité de polarisation des modes propres de la configuration non planaire de différentes géométries de cavités à quatre miroirs. Expérimentalement, nous avons développé une cavité à quatre miroirs tétraédrique, des rayons de l'ordre de 20 micromètres ont été obtenus. Les modes propres de cette cavité, dans ses deux géométries planaire et non planaire, ont été mesurés et comparés aux résultats calculés numériquement. Un bon accord a été observé .Dans un deuxième temps, l'impact de l'interaction Compton sur la dynamique transverse, dans le cas de la source de positrons polarisés, et sur la dynamique longitudinale, dans le cas de l'anneau médical, du faisceau d'électron a été étudié. La diffusion Compton provoque une perte d'énergie et induit une dispersion d'énergie additionnelle du faisceau d'électrons. Dans le cas de la source de positrons polarisés, dix points de collisions sont prévus. La ligne de focalisation a été déterminée et une modélisation de l'effet de l'interaction Compton sur le transport du faisceau, avec un calcul matriciel simple, a été faite. Dans le cas de l'anneau médical, l'interaction Compton provoque l'allongement du paquet d'électrons, qui à son tour influence le flux de rayons-X produit. Une étude de la dynamique longitudinale du faisceau d'électrons dans l'anneau a été présentée. Les paramètres de l'anneau qui permettent d'optimiser la luminosité de l'interaction Compton ont été discutés. Le flux de rayons-X qui peut être atteint avec ces paramètres est de l'ordre de 1E13 photons/s.
Author: Islam Bettaibi
Publisher: Omniscriptum
ISBN: 9786131520402
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Languages : fr
Pages : 244
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Les sources XUV cohérentes présentent un potentiel important d'applications scientifiques, médicales et industrielles. Le développement des lasers ultra intenses a permis la réalisation de nouvelles sources XUV cohérentes et brèves, comme la génération d'harmonique d'ordre élevée et les lasers XUV. Ces sources sont compactes, peu coûteuses par rapport aux sources classiques telles que les synchrotrons, et présentent donc un intérèt tout particulier. Ce livre présente une série d'études sur une nouvelle source de laser XUV, pompée par un laser femtoseconde fonctionnant à 10 Hz. Ce livre présente aussi une étude sur les profils spatiaux et temporels de l'émission du laser XUV, et les techniques de guidage qui ont permis un allongement significatif de la zone amplificatrice du plasma. Le denier chapitre est consacré pour un nouveau schéma de pompage de laser X: par photo-ionisation en couches internes d'atomes neutres. Il présente un système optique qui devrait permettre la réalisation d'une onde inhomogène femtoseconde absolument nécessaire pour ce type de laser X.
Author: Yolande Louvet
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Languages : fr
Pages : 198
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ETUDE DES MECANISMES D'INITIATION DES DECHARGES HAUTE PRESSION PHOTODECLENCHES PAR RAYONS X DANS LE BUT D'OPTIMISER LES LASERS EXIPLEXES UTILISANT CE TYPE DE DECHARGE
Author: SABINE.. MIZZI
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Languages : fr
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L'OBJET DE CETTE THESE EST D'ETUDIER LA PHASE D'ETABLISSEMENT D'UNE DECHARGE PHOTODECLENCHEE, DEPUIS L'APPARITION DES PREMIERS ELECTRONS, DUE A UNE PREIONISATION PAR RAYONS X, JUSQU'A LA CHUTE DE TENSION PROVOQUEE PAR L'AVALANCHE ELECTRONIQUE. APRES UNE INTRODUCTION GENERALE SUR L'HISTORIQUE DES LASERS A EXCIMERES, NOUS DECRIVONS LES PRINCIPAUX MODELES EXISTANTS SUR LES DECHARGES DE FONCTIONNEMENT CLASSIQUE. CEUX-CI ONT ETABLI LES CONDITIONS NECESSAIRES POUR OBTENIR UNE DECHARGE HOMOGENE. LES PARAMETRES IMPORTANTS SONT LA DENSITE ELECTRONIQUE INITIALE ET LE TEMPS DE MONTEE EN TENSION. MAIS POUR LA DECHARGE PHOTODECLENCHEE DONT NOUS DISPOSONS, LE CHAMP EST PRATIQUEMENT CONSTANT PENDANT L'AVALANCHE, AINSI LA SEULE CONDITION RETENUE EST LA DENSITE ELECTRONIQUE INITIALE QUI DOIT ETRE SUPERIEURE A UNE CERTAINE VALEUR. PUIS NOUS DECRIVONS LE DISPOSITIF EXPERIMENTAL DANS LEQUEL S'INSERE UN CANON A RAYONS X DE DUREE D'IMPULSION TRES COURTE, ET NOUS DONNONS LES RESULTATS DETAILLES DES MESURES CARACTERISANT LA PREIONISATION. LE TEMPS D'ETABLISSEMENT DE LA DECHARGE JOUE UN ROLE PREPONDERANT DANS NOTRE ETUDE. NOUS L'AVONS MESURE DANS DIFFERENTS GAZ ET NOUS AVONS COMPARE LES RESULTATS OBTENUS AVEC CEUX PROVENANT D'UN MODELE THEORIQUE. CELUI-CI NECESSITE DES JEUX DE SECTIONS EFFICACES, PARMI CEUX-CI, NOUS AVONS MIS AU POINT LE JEU DE SECTIONS EFFICACES DE COLLISIONS INELASTIQUES. FINALEMENT NOUS AVONS COMPARE LES RESULTATS LASER, EN MELANGE XECL, OBTENUS AVEC LE DISPOSITIF DE PREIONISATION PAR RAYONS X OU PAR RAYONS UV
Author: Sébastien Corde
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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: Mathieu Gambari
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Author: Aurélien José Ricci
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 170
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