Accélération d'électrons par onde de sillage laser : Développement d’un modèle analytique étendu au cas d’un plasma magnétisé dans le régime du Blowout

Résumé : Une impulsion laser intense se propageant dans un plasma sous-dense (ne< 10¹⁸ W.cm⁻²) et de durée très courte (τ₀< 100 fs), , on atteint le régime de la bulle. Les champs électriques dans ces bulles, de l’ordre de 100 GV/m, peuvent accélérer un faisceau d’électrons jusqu’au GeV sur des distances de l’ordre du centimètre. Dans ce régime, les électrons expulsés par la force pondéromotrice du laser forment une fine et dense couche à la surface d'une cavité d'ions restés immobiles. Les propriétés de ce régime sont examinées par l’intermédiaire d’un modèle analytique, que nous avons développé en nous inspirant du travail de W. Lu et S. Yi. En nous plaçant dans ce régime prometteur, nous avons étudié les mécanismes d’injection et de piégeage dans l'onde de sillage. Dans l’injection optique, les polarisations parallèles ou circulaires positives conduisent respectivement à une injection mettant en jeu du chauffage stochastique, ou à l’injection froide. Un paramètre de similarité est introduit, celui-ci permet de déterminer la méthode d’injection la plus appropriée pour maximiser la charge injectée. Enfin, le modèle analytique présenté en première partie est étendu afin d’étudier l’onde de sillage dans le régime de la bulle lorsqu’un champ magnétique longitudinal initial est appliqué au plasma. Lorsque le plasma est magnétisé deux phénomènes remarquables se manifestent, d'une part une ouverture apparaît à l'arrière de la bulle et d'autre part un mécanisme d'amplification du champ magnétique longitudinale est induit par la variation du flux magnétique. Les prédictions de notre modèle analytique sont confrontées aux résultats de simulations PIC 3D issues du code CALDER-Circ. La conséquence immédiate de la déformation de l'onde de sillage est la réduction, voire la suppression de l'auto-injection. L’application d’un champ magnétique longitudinal, combinée à un choix judicieux des paramètres laser-plasma, permet de réduire la dispersion en énergie des faisceaux d’électrons produits après injection optique.
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Thèse
Physique des Hautes Energies - Théorie [hep-th]. Université Paris-Saclay, 2015. Français. 〈NNT : 2015SACLS066〉
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Soumis le : vendredi 22 janvier 2016 - 16:58:20
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Sébastien Rassou. Accélération d'électrons par onde de sillage laser : Développement d’un modèle analytique étendu au cas d’un plasma magnétisé dans le régime du Blowout. Physique des Hautes Energies - Théorie [hep-th]. Université Paris-Saclay, 2015. Français. 〈NNT : 2015SACLS066〉. 〈tel-01260919〉

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