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13-15 October 2021
Europe/Paris timezone
Cette édition aura lieu en présentiel!

Développement d’un injecteur laser plasma à 150 MeV

13 Oct 2021, 15:26
8m
Oral Doctorants

Speaker

Pierre Drobniak (IJCLab)

Description

L’accélération laser plasma théorisée en 1979 [1] puis démontrée expérimentalement en 2004 [2][3][4] génère des gradients supérieurs au gigavolts par mètre. Bien que compacte et prometteuse, cette technique présente plusieurs verrous, notamment le contrôle de la stabilité et la qualité des faisceaux produits.

Une impulsion laser femtoseconde de forte intensité focalisée dans un gaz forme une plasma. La force pondéromotrice associée à l’impulsion laser crée alors une onde plasma électronique de sillage. Certains des électrons du plasma sont alors piégés dans cette onde (injection) et accélérés (accélération plasma) par les gradients électriques de l’onde plasma. Cette première partie de l’accélérateur que l’on appelle par abus « injecteur » est donc constituée d’une première partie réalisant l’injection suivie d’un début d’accélération. Le faisceau ainsi généré est transporté vers une ligne d’analyse ou d’applications ou vers un deuxième étage accélérateur.

Notre recherche actuelle s’intègre dans le programme de recherche PALLAS qui vise à réaliser d’ici 5 ans une percée technologique en construisant à l’IJClab un prototype d’accélérateur laser-plasma compact capable de produire un faisceau d’électrons d’une stabilité et fiabilité comparables aux accélérateurs RF conventionnels. Ce prototype utilise la plateforme LASERIX de l’Université Paris Saclay et produira des faisceaux de 150-200MeV, 15-30pC, à 10Hz. Une des composantes essentielles de ce démonstrateur est le développement et la mise en œuvre de cible plasma structurée reposant sur une cellule de gaz intégrée directement dans la ligne faisceau. Un banc de caractérisation a été développé et installé sur une des lignes faisceau laser de la plateforme LASERIX avec un faisceau pilote de 5TW à 10Hz.

Ce poster détaille l’optimisation de la cellule plasma de l’injecteur PALLAS. Il combine optimisation numérique (SMILEI – OpenFOAM) et tests expérimentaux. La nouvelle cellule prototype se base sur des travaux d’optimisation du profil de densité électronique [5] et une approche numérique fluide et plasma permet d’optimiser le design de la cellule et ainsi la distribution des gaz, donc le profil plasma. Cette optimisation étant multiparamétrique, une approche Bayésienne [6] est développée afin d’explorer les configurations optimales laser et fluides.

Références :
[1] Tajima, Toshiki, and John M. Dawson. "Laser electron accelerator." Physical Review Letters 43.4 (1979): 267
[2] Faure, Jérôme, et al. "A laser–plasma accelerator producing monoenergetic electron beams." Nature 431.7008 (2004): 541-544
[3] Mangles, Stuart PD, et al. "Monoenergetic beams of relativistic electrons from intense laser–plasma interactions." Nature 431.7008 (2004): 535-538
[4] Geddes, C. G. R., et al. "High-quality electron beams from a laser wakefield accelerator using plasma-channel guiding." Nature 431.7008 (2004): 538-541
[5] Lee, Patrick, et al. "Dynamics of electron injection and acceleration driven by laser wakefield in tailored density profiles." Physical Review Accelerators and Beams 19.11 (2016): 112802.
[6] Jalas, Sören, et al. "Bayesian Optimization of a Laser-Plasma Accelerator." Physical review letters 126.10 (2021): 104801.

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