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Proposition
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Proposition de sujets de thèse Optimisation du guidage dans un plasma d’une
impulsion laser de haute intensité pour l’accélération d’électrons relativistes à très
haute énergie
Spécialité Physique des plasmas
Ecole Doctorale EDOM - Ondes et Matière
Titre
Optimisation du guidage dans un plasma d’une impulsion laser de haute intensité pour
l’accélération d’électrons relativistes à très haute énergie
Titre
Optimization of the guiding in a plasma of a high intensity laser beam for accelerating relativistic
electrons up to high energies
Directeur de
M. Gilles MAYNARD - Tel : 01 69 15 73 55
thèse
Encadrement Cette thèse se déroulera au LPGP, dans l'équipe ITFIP.
http http://www.lpgp.u-psud.fr
Unité de
Laboratoire de Physique des Gaz et des Plasmas UMR 8578 - Tel : 01 69 15 72 51
recherche
Mots clés
accélération laser-plasma
dynamique relativiste
ultra-haute intensité laser
Mots clés
laser wake field acceleration
Profil candidat connaissances solides en physique de base
connaissances approfondies en physique des plasmas
connaissances en techniques de calcul numérique souhaitées
Profil candidat solid basic knowledge in general physics
knowledge in nuemrical technics will be beneficial
Présentation Résumé / summary
détaillée
Les installations laser de très forte puissance sont en développement rapide. Des lasers multiPetaWatt commencent à fonctionner en France (Apollon sur le plateau de Saclay, www.apollonlaser.fr), en Europe (ELI, Extreme Light Infrastructure, www.eli-laser.eu) et un peu partout dans le
monde. Ces installations vont permettre d’explorer un nouveau domaine de la physique lié à
l’interaction rayonnement-matière à ultra haute intensité. Une des applications concerne la
génération dans un plasma de très forts champs électrostatiques capables d’accélérer des particules
à des énergies ultra-relativistes sur des distances de l’ordre du mètre, soit plus de trois ordres de
grandeur plus faibles qu’avec un accélérateur classique. Pour atteindre les très hautes intensités
requises, le faisceau laser est fortement focalisé. En conséquence, au-delà du plan de focalisation il
va diverger rapidement, limitant ainsi la longueur d’accélération à des valeurs très inférieures au
mètre. Pour éviter cette divergence, Il faut guider le laser pour qu’il puisse se propager sur une
distance d’un mètre en maintenant une intensité élevée.
Des techniques de guidage de faisceaux intenses ont été développées, notamment par l’équipe du
LPGP, dont l’efficacité a été démontrée expérimentalement. Ces techniques ne semblent cependant
pas adaptées pour la nouvelle génération de laser multi-PW. Il devient ainsi nécessaire d’étudier de
nouvelles configurations de guidage.
L’objectif de la thèse sera d’étudier, en s’appuyant sur la théorie et sur des outils numériques, et
d’optimiser une nouvelle configuration utilisant un capillaire creux à l’intérieur duquel une préimpulsion laser va générer un canal de plasma. Le guidage de l’impulsion principale sera ainsi
assuré par les effets conjoints des réflexions sur les parois du capillaire et sur celles du canal.
http://www.adum.fr/as/ed/voirproposition.pl?matricule_prop=10349&print=oui&site=PSaclay&langue=fr
17/02/2016
Proposition
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L’application principale du travail de thèse concernera l’accélération à plusieurs étages. Dans ce
cadre, une des problématiques importantes est l’adaptation de l’espace des phases des électrons
entre la sortie d’un étage et l’entrée de l’étage suivante. Pour cela une étude poussée sera menée sur
le couplage entre la cinétique de propagation du faisceau laser et celle de l’espace des phases des
électrons relativistes.
Lors de sa thèse, l’étudiant(e) sera intégré(e) dans l’équipe ITFIP (Interaction et Transport des
Faisceaux Intenses dans les Plasmas) qui développe des travaux expérimentaux et théoriques sur
l’accélération d’électrons relativistes par sillage plasma (2 thèses en cours, 1 expérimentale et 1
théorique).
Présentation We assist to a rapid development worldwide of high intensity laser. In France, at the University
détaillée
Paris-Saclay, a Multi-PW laser, named Apollon, is being installed (www.apollon-laser.fr) within
the CILEX (Interdisciplinay Center of Extrem light) project which associates several groups of the
university, and in particular the ITFIP team of the LPGP laboratory. One objective of the CILEX
project is to develop a multi-staged accelerator of relativistic electrons using the intense
accelerating field created inside a plasma by focusing the Apollon laser.
In order to reach energies up or above 10 GeV, the relativistic electrons have to be accelerated over
rather long distances (several tens of cm), which are much larger than the typical length of laser
diffraction. Therefore the intense laser has to be guided inside the plasma.
Several technics have already been proposed for this guiding, in particular either using a plasma
channel or a capillary tube. The main objective of the thesis will be to study a new approach in
which these two technics are combined.
This will be done developing both theoretical and numerical approaches in close connection with
experimentalists.
Thématique interaction de faisceaux intenses avec des plasmas denses
Domaine physique des plasma
Financement Concours d'acces aux contrats doctoraux des établissements d'enseignement supérieur
Précision sur le
concours EDOM
financement :
Objectif optimisation d'un nouveau dispositif de guidage de laser intense pour l'accélération d'électrons
relativistes sur de grandes énergie. Le dispositif sera testé sur une installation
Contexte démarrage de la salle longue focale du laser Apollon dans le cadre du projet CILEX (Cenre
Interdisciplinaire de la lumière extrême
Méthode théorie. Simulation numérique. Interaction avec les expérimentateurs
Résultat attendu Caractérisation des caractéristiques du faisceau laser et des électrons. Proposition d'un design de
cible. Confrontation des résultats théoriques/numériques avec des données expérimentales
Référence
B.S. Paradkar et al, Plasma Phys. Control. Fusion, 56, 084008, 2014
bibliographique
Début de la thèse : 1 octobre 2016
Date limite de candidature : 6 mai 2016
Date de mise a jour du sujet : 5 février 2016
http://www.adum.fr/as/ed/voirproposition.pl?matricule_prop=10349&print=oui&site=PSaclay&langue=fr
17/02/2016