Des accélérateurs laser-plasma aux sources de rayonnement X femtoseconde PDF Download
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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
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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
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L'accélération par sillage laser est une technique permettant d'obtenir un accélérateur à électrons très compact en comparaison avec les accélérateurs conventionnels et produisant des faisceaux d'électrons aux propriétés inédites. Elle repose sur l'utilisation d'une impulsion laser ultra intense et de durée ultracourte. En se propageant dans un plasma peu dense, l'impulsion laser crée dans son sillage une onde plasma générant des champs électriques très importants et d'amplitude de plusieurs ordres de grandeur supérieure aux accélérateurs conventionnels. Ces ondes de sillage permettent d'accélérer très fortement des faisceaux d'électrons en quelques millimètres ou centimètres, jusqu'à des énergies de plusieurs dizaines de MeV à quelques GeV. La taille des accélérateurs est donc considérablement réduite. Les faisceaux d'électrons ainsi générés peuvent être notamment utilisés pour créer des rayonnements X et gamma ultra-brefs par diverses méthodes, par exemple en utilisant des cibles de conversion ou des onduleurs. Le travail réalisé dans cette thèse est essentiellement numérique. L'interaction laser-plasma est modélisée à l'aide du code Calder. Les simulations ont permis de mieux comprendre la physique en jeu, notamment dans le cas où les électrons sont injectés dans l'onde de sillage grâce au schéma de collision d'impulsions. Ce schéma permet d'améliorer la qualité des faisceaux produits et d'en contrôler les caractéristiques. Enfin, un code reposant sur une modélisation et des algorithmes différents a été étudié. Ce nouveau code permet de réduire considérablement la durée des simulations.
Author: Antonio Giulietti Publisher: Springer ISBN: 3319315633 Category : Science Languages : en Pages : 326
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This book deals with the new method of laser-driven acceleration for application to radiation biophysics and medicine. It provides multidisciplinary contributions from world leading scientist in order to assess the state of the art of innovative tools for radiation biology research and medical applications of ionizing radiation. The book contains insightful contributions on highly topical aspects of spatio-temporal radiation biophysics, evolving over several orders of magnitude, typically from femtosecond and sub-micrometer scales. Particular attention is devoted to the emerging technology of laser-driven particle accelerators and their application to spatio-temporal radiation biology and medical physics, customization of non-conventional and selective radiotherapy and optimized radioprotection protocols.
Author: Dino A. Jaroszynski Publisher: CRC Press ISBN: 1584887796 Category : Science Languages : en Pages : 454
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A Solid Compendium of Advanced Diagnostic and Simulation ToolsExploring the most exciting and topical areas in this field, Laser-Plasma Interactions focuses on the interaction of intense laser radiation with plasma. After discussing the basic theory of the interaction of intense electromagnetic radiation fields with matter, the book covers three ap
Author: Stephen Myers Publisher: Springer Nature ISBN: 303034245X Category : Heavy ions Languages : en Pages : 867
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This third open access volume of the handbook series deals with accelerator physics, design, technology and operations, as well as with beam optics, dynamics and diagnostics. A joint CERN-Springer initiative, the "Particle Physics Reference Library" provides revised and updated contributions based on previously published material in the well-known Landolt-Boernstein series on particle physics, accelerators and detectors (volumes 21A,B1,B2,C), which took stock of the field approximately one decade ago. Central to this new initiative is publication under full open access.
Author: Christian W. Fabjan Publisher: Springer Nature ISBN: 3030353184 Category : Elementary particles (Physics). Languages : en Pages : 1083
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This second open access volume of the handbook series deals with detectors, large experimental facilities and data handling, both for accelerator and non-accelerator based experiments. It also covers applications in medicine and life sciences. A joint CERN-Springer initiative, the "Particle Physics Reference Library" provides revised and updated contributions based on previously published material in the well-known Landolt-Boernstein series on particle physics, accelerators and detectors (volumes 21A, B1,B2,C), which took stock of the field approximately one decade ago. Central to this new initiative is publication under full open access
Author: Fernando Ferroni Publisher: IOS Press ISBN: 1614991286 Category : Science Languages : en Pages : 286
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Impressive progress has been made in the field of laser-plasma acceleration in the last decade, with outstanding achievements from both experimental and theoretical viewpoints. Closely exploiting the development of ultra-intense, ultrashort pulse lasers, laser-plasma acceleration has developed rapidly, achieving accelerating gradients of the order of tens of GeV/m, and making the prospect of miniature accelerators a more realistic possibility.This book presents the lectures delivered at the Enrico Fermi International School of Physics and summer school: 'Laser-Plasma Acceleration', held in Varenna, Italy, in June 2011.
Author: Sébastien Corde
Author: Sébastien Corde
Author: Xavier Davoine
Author: Antonio Giulietti
Author: 
Author: Dino A. Jaroszynski
Author: Stephen Myers
Author: 
Author: Arthur I. Berman
Author: Christian W. Fabjan
Author: Fernando Ferroni