ETUDES DE PLASMAS POUR POUR L’ACCÉLÉRATION D’ÉLECTRONS PAR SILLAGE LASER

  • Doctorat
  • Orsay
Nom de l'entreprise / du laboratoire: LPGP
Encadrant: Brigitte Cros
Date de début: octobre 1, 2022

L’accélération d’électrons par sillage laser dans un plasma a permis de démontrer la génération de gradients accélérateurs très élevés.
Elle fournit des faisceaux d’électrons relativistes intenses et de courte durée. La physique de l’accélération laser plasma repose sur le
couplage non linéaire de plusieurs paramètres qui rendent les mécanismes intéressants à exploiter dans différentes gammes suivant les
applications recherchées. Un des défis est d’identifier les régimes les plus stables et de quantifier les grandeurs qui les contrôlent. Les
paramètres plasmas, comme les densités électronique et ionique, leurs gradients spatiaux, jouent un rôle fondamental dans cette
interaction.
L’équipe ITFIP est fortement impliquée dans la préparation d’expériences pour démontrer l’obtention de fortes charges électroniques et
l’accélération d’électrons vers des énergies au-delà du GeV, sur l’installation de recherche APOLLON et d’autres installations laser
intenses françaises et européennes. Dans ce contexte,
La structuration des cibles plasmas est essentielle à l’accélération de faisceau d’électrons ayant des propriétés permettant le transport, la
mise en forme ou l’utilisation directe de ces faisceaux pour des applications. La mise au point de sources d’électrons stables et
reproductibles est un enjeu important pour le développement des accélérateurs laser plasma et aura un impact crucial pour l’injection dans
un deuxième étage plasma. Ces travaux s’insèrent dans plusieurs projets internationaux, comme par exemple EuPRAXIA ou AWAKE.
Le projet de thèse proposé portera sur la mise au point de cellules de gaz permettant d’obtenir des plasmas optimisés qui seront testés
pour l’accélération d’électrons relativistes. Lors de l’injection d’électrons relativistes dans l’onde de plasma, de nombreux mécanismes non
linéaires sont couplés, et influent fortement sur la propagation du laser intense dans le plasma. Il est donc important de parfaitement
connaître et de contrôler au mieux l’état du plasma et du laser au moment de l’interaction. Les plasmas sous denses requis pour les
installations PW sont obtenus à partir de cibles gazeuses dont l’écoulement doit être modélisé, contrôlé expérimentalement et
diagnostiqué pour obtenir une valeur de densité précise au moment de l’interaction avec l’impulsion laser et reproductible d’un tir à l’autre.
Laser wakefield acceleration in underdense plasmas gives rise to extremely high accelerating gradients, leading to high peak current
relativistic electron beams with short bunch length. The physics of laser plasma acceleration relies on non linear coupling of several
mechanisms, giving rise to different electron beam parameters, potentially interesting to explore for different applications. One of the key
challenges is to identify the most stable regimes and quantify control parameters. Plasma parameters, such as electron density and spatial
gradients, play an essential role in this interaction.
The ITFIP team is involved in the preparation of experiments to demonstrate acceleration of highly charged electron beams to energies
beyond the GeV using the APOLLON research infrastructure and other French and European facilities. In this context, plasma tailoring is
essential to achieve electron beam quality sufficient for beam shaping and transport for applications. Development of stable and
reproduceable electron beams is essential for applications or further development of plasma based accelerators. This work is performed in the frame of international projects such as EuPRAXIA and AWAKE.
The proposed project includes the development of gas cell in order to achieve optimized plasma parameters and test of the resultant
devices for electron acceleration. Laser and plasma characteristics and their coupling will be studied in details in order to define the best
conditions for electron acceleration, and to improve the reproducibility of parameters. Underdense plasmas required for high energy
electron acceleration with PW class lasers are achieved from confined gas devices: gas flow needs to be modelled, controlled and
precisely diagnosed to obtained the plasma density distribution in a stable and reproduceable way during high power laser interaction.

Description détaillée:

Pour postuler, envoyez votre CV et votre lettre de motivation par e-mail à brigitte.cros@universite-paris-saclay.fr