MECANISMES D'ABSORPTION ET D'EMISSION DANS L'INTERACTION D'UNE IMPULSION LASER ULTRA-INTENSE AVEC UNE CIBLE SURCRITIQUE PDF Download
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L'OBJECTIF DE NOTRE TRAVAIL EST D'IDENTIFIER LES PRINCIPAUX MECANISMES DU COUPLAGE LASER-PLASMA DANS L'INTERACTION D'UNE IMPULSION ULTRA-INTENSE AVEC UN PLASMA SURCRITIQUE. L'OUTIL PRINCIPAL DE CETTE RECHERCHE EST LA SIMULATION NUMERIQUE A L'AIDE DE CODES CINETIQUES PARTICULAIRES. L'ORIGINE DE TOUS LES PHENOMENES RESIDE DANS LE TERME NON-LINEAIRE DE LA FORCE DE LORENTZ QUE SUBISSENT LES ELECTRONS. CETTE FORCE EXCITE DES OSCILLATIONS ELECTRONIQUES AU BORD DE LA CIBLE, CONDUISANT A LA GENERATION D'UN CERTAIN NOMBRE D'ELECTRONS SUPRATHERMIQUES. NOUS AVONS MONTRE QUE CE CHAUFFAGE DEPEND FORTEMENT DU PROFIL DE DENSITE DE LA CIBLE. EN FONCTION DE LA DENSITE DU PLASMA ET DE L'ECLAIREMENT LASER, LA SEPARATION DE CHARGES QU'INDUIT L'IMPULSION INCIDENTE PERMET AUSSI DE COMPRIMER LA CIBLE, D'EXCITER DES ONDES ACOUSTIQUES IONIQUES OU DE GENERER DES IONS DE FORTE ENERGIE CINETIQUE. ENFIN, POUR DES PLASMAS PEU SURCRITIQUES, LE PHENOMENE DE TRANSPARENCE AUTO-INDUITE RELATIVISTE PEUT PERMETTRE LA TRANSMISSION DE L'ONDE LASER A TRAVERS LA CIBLE. L'ETUDE NUMERIQUE DE CE MECANISME A MIS EN EVIDENCE PLUSIEURS ASPECTS CINETIQUES NOUVEAUX, COMME LA REFLEXION D'UNE PARTIE DU RAYONNEMENT LASER AVEC UN DECALAGE VERS LE ROUGE CARACTERISTIQUE ET UNE ABSORPTION IMPORTANTE SOUS FORME DE CHAUFFAGE ELECTRONIQUE. LES SEUILS DE TRANSPARENCE QUE NOUS AVONS OBTENUS PAR LA SIMULATION RESTENT DU MEME ORDRE DE GRANDEUR QUE LES ESTIMATIONS ANALYTIQUES PASSEES. FINALEMENT, NOUS PRESENTONS EN DETAIL ET UTILISONS UNE METHODE SIMPLIFICATRICE POUR TRAITER AVEC UN CODE MONODIMENSIONNEL L'INCIDENCE OBLIQUE D'UNE ONDE LASER PLANE SUR UNE CIBLE. CETTE METHODE NOUS A PERMIS DE RETROUVER BON NOMBRE DE RESULTATS PASSES. NOTRE TRAVAIL PEUT ETRE PROLONGE PAR PLUSIEURS ETUDES: INCIDENCE OBLIQUE, ASPECTS BI- ET TRIDIMENSIONNELS, RAPPROCHEMENT DE CODES DE MODELISATION DE NIVEAUX DIFFERENTS
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L'OBJECTIF DE NOTRE TRAVAIL EST D'IDENTIFIER LES PRINCIPAUX MECANISMES DU COUPLAGE LASER-PLASMA DANS L'INTERACTION D'UNE IMPULSION ULTRA-INTENSE AVEC UN PLASMA SURCRITIQUE. L'OUTIL PRINCIPAL DE CETTE RECHERCHE EST LA SIMULATION NUMERIQUE A L'AIDE DE CODES CINETIQUES PARTICULAIRES. L'ORIGINE DE TOUS LES PHENOMENES RESIDE DANS LE TERME NON-LINEAIRE DE LA FORCE DE LORENTZ QUE SUBISSENT LES ELECTRONS. CETTE FORCE EXCITE DES OSCILLATIONS ELECTRONIQUES AU BORD DE LA CIBLE, CONDUISANT A LA GENERATION D'UN CERTAIN NOMBRE D'ELECTRONS SUPRATHERMIQUES. NOUS AVONS MONTRE QUE CE CHAUFFAGE DEPEND FORTEMENT DU PROFIL DE DENSITE DE LA CIBLE. EN FONCTION DE LA DENSITE DU PLASMA ET DE L'ECLAIREMENT LASER, LA SEPARATION DE CHARGES QU'INDUIT L'IMPULSION INCIDENTE PERMET AUSSI DE COMPRIMER LA CIBLE, D'EXCITER DES ONDES ACOUSTIQUES IONIQUES OU DE GENERER DES IONS DE FORTE ENERGIE CINETIQUE. ENFIN, POUR DES PLASMAS PEU SURCRITIQUES, LE PHENOMENE DE TRANSPARENCE AUTO-INDUITE RELATIVISTE PEUT PERMETTRE LA TRANSMISSION DE L'ONDE LASER A TRAVERS LA CIBLE. L'ETUDE NUMERIQUE DE CE MECANISME A MIS EN EVIDENCE PLUSIEURS ASPECTS CINETIQUES NOUVEAUX, COMME LA REFLEXION D'UNE PARTIE DU RAYONNEMENT LASER AVEC UN DECALAGE VERS LE ROUGE CARACTERISTIQUE ET UNE ABSORPTION IMPORTANTE SOUS FORME DE CHAUFFAGE ELECTRONIQUE. LES SEUILS DE TRANSPARENCE QUE NOUS AVONS OBTENUS PAR LA SIMULATION RESTENT DU MEME ORDRE DE GRANDEUR QUE LES ESTIMATIONS ANALYTIQUES PASSEES. FINALEMENT, NOUS PRESENTONS EN DETAIL ET UTILISONS UNE METHODE SIMPLIFICATRICE POUR TRAITER AVEC UN CODE MONODIMENSIONNEL L'INCIDENCE OBLIQUE D'UNE ONDE LASER PLANE SUR UNE CIBLE. CETTE METHODE NOUS A PERMIS DE RETROUVER BON NOMBRE DE RESULTATS PASSES. NOTRE TRAVAIL PEUT ETRE PROLONGE PAR PLUSIEURS ETUDES: INCIDENCE OBLIQUE, ASPECTS BI- ET TRIDIMENSIONNELS, RAPPROCHEMENT DE CODES DE MODELISATION DE NIVEAUX DIFFERENTS
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DANS CETTE THESE NOUS AVONS ETUDIE EN DETAIL LES MECANISMES D'ABSORPTION DE L'ENERGIE LASER LORS DE L'INTERACTION D'UN LASER SUB-PICOSECONDE AVEC UNE CIBLE SOLIDE. LA SPECTROSCOPIE X DES RAIES DE RESONANCE ET DE LEURS SATELLITES NOUS A PERMIS DE CONNAITRE LES PARAMETRES DU PLASMA (DENSITE ET TEMPERATURE). EN VUE DE LA REALISATION D'UNE SOURCE X D'UNE BRILLANCE LA PLUS ELEVEE ET D'UNE DUREE LA PLUS COURTE POSSIBLE, DEUX TECHNIQUES D'OPTIMISATION DE L'ABSORPTION ONT ETE ETUDIEES. D'UNE PART NOUS AVONS UTILISE DES CIBLES A SURFACE MODULEE PERIODIQUEMENT POUR AUGMENTER, A TRAVERS LE COUPLAGE AVEC LES MODES DE SURFACE, L'ABSORPTION DE L'ENERGIE LASER A LA DENSITE DU SOLIDE. D'AUTRE PART, NOUS AVONS ETUDIE L'INTERACTION DU LASER AVEC UN PLASMA PRE-FORME, POUR OPTIMISER L'ABSORPTION DE L'ENERGIE A LA DENSITE CRITIQUE EN PROFITANT DE LA CREATION D'UN PROFIL DE DENSITE DETENDU. DANS CE DERNIER CAS, NOUS AVONS AUSSI ANALYSE LES CARACTERISTIQUES DES ELECTRONS SUPRA-THERMIQUES CREES PAR LES MECANISMES NON-LINEAIRES PRESENTS PENDANT L'INTERACTION. NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE LA TRES FORTE INFLUENCE DE LA VALEUR DE LA LONGUEUR DU GRADIENT DE DENSITE SUR LES CARACTERISTIQUES DE CES ELECTRONS ET SUR L'EMISSION X, ET NOUS AVONS DETERMINE LA VALEUR DE LA LONGUEUR DE GRADIENT QUI PERMET D'OPTIMISER L'ABSORPTION ET L'EMISSION X.
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L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL EST D'ETUDIER LES PROCESSUS D'ABSORPTION ET DE TRANSPORT DE L'ENERGIE LASER LORS DE L'INTERACTION D'UNE IMPULSION LASER SUBPICOSECONDE AVEC UNE CIBLE SOLIDE. CES PROCESSUS SONT GOUVERNES PAR LES CARACTERISTIQUES SPATIALES DES GRADIENTS DES PARAMETRES DU PLASMA. LA TRES FAIBLE DUREE DE L'IMPULSION LASER PERMET D'ABORDER LE REGIME L
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L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL ETAIT DE CARACTERISER LE CHAUFFAGE ET LE TRANSPORT DES ELECTRONS ET DES IONS LORS DE L'INTERACTION D'UNE IMPULSION LASER ULTRA-INTENSE AVEC UN PLASMA DENSE. LE PRINCIPAL OUTIL DE CETTE ETUDE EST LA SIMULATION NUMERIQUE, A BASE DE CODES CINETIQUES PARTICULAIRES. LORS DE L'INTERACTION, LES ELECTRONS DE LA SURFACE DE LA CIBLE SONT ACCELERES A DE HAUTES ENERGIES VERS L'INTERIEUR DE CELLE-CI. NOUS AVONS MONTRE QUE LES MECANISMES D'ACCELERATION ELECTRONIQUE DEPENDENT FORTEMENT DE LA DEFORMATION DU PROFIL DE DENSITE DUE AU MOUVEMENT IONIQUE. CE DERNIER A AUSSI ETE ETUDIE ET DIFFERENTS MECANISMES D'ACCELERATION ONT AINSI ETE CARACTERISES : ENFONCEMENT DE LA SURFACE DU PLASMA PAR LA PRESSION DE RAYONNEMENT DU LASER, ACCELERATION PAR CHOC ELECTROSTATIQUE OU PAR DEFERLEMENT D'UNE ONDE ACOUSTIQUE IONIQUE, ACCELERATION PAR LE CHAMP DE RAPPEL CREE PAR L'EXPULSION RADIALE DES ELECTRONS HORS DU CANAL LASER CREUSE DANS UN PLASMA FAIBLEMENT SURCRITIQUE. LES ELECTRONS ET LES IONS ACCELERES A LA SURFACE DU PLASMA PENETRENT A L'INTERIEUR DE LA CIBLE ET INTERAGISSENT AVEC CELLE-CI. LA COMPETITION ENTRE LA FOCALISATION DUE AU CHAMP MAGNETIQUE AUTO-GENERE PAR LE FORT COURANT ELECTRONIQUE ET L'EFFET DISPERSIF DES COLLISIONS A ETE ANALYSEE. DANS UN PLASMA HOMOGENE CHAUD, UN COURANT OPTIMAL POUR LEQUEL LA LONGUEUR DE PROPAGATION SANS DIFFUSION EST MAXIMALE EST AINSI OBTENU. NOUS AVONS AUSSI MONTRE QUE L'EFFET DE RAPPEL DU AU CHAMP ELECTRIQUE AUTO-GENERE EST PLUS IMPORTANT QUE LA FRICTION DUE AUX COLLISIONS. DANS UNE CIBLE DEUTEREE, LES IONS ACCELERES INTERAGISSENT AVEC LES IONS DE LA CIBLE ET PRODUISENT DES NEUTRONS. UNE FORTE CORRELATION ENTRE LE MODE D'ACCELERATION IONIQUE ET LA DISTRIBUTION ANGULAIRE ET ENERGETIQUE DES NEUTRONS PRODUITS A ETE AINSI MISE EN EVIDENCE.
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NOUS AVONS REALISE UNE ETUDE DETAILLEE DU FAISCEAU D'ELECTRONS RAPIDES PRODUIT PAR LES MECANISMES D'ABSORPTION NON LINEAIRES LORS DE L'INTERACTION, AVEC UN MATERIAU SOLIDE, D'UNE IMPULSION LASER DE 100 FS, DE LONGUEUR D'ONDE DE 620 NM, D'ENERGIE DE 1 MJ ET DE FLUX LASER SUR CIBLE DE 10#1#6 WM#2/CM#2. LE FAISCEAU LASER EST FOCALISE EN INCIDENCE NORMALE PAR RAPPORT A LA SURFACE DE LA CIBLE. L'EMISSION X KALPHA GENEREE PAR LES ELECTRONS RAPIDES A ETE ANALYSEE DANS UN DOMAINE SPECTRAL DE 1 KEV A 4 KEV GRACE A UN SPECTROGRAPHE DU TYPE VONHAMOS ET A UN CODE NUMERIQUE MONTE-CARLO PERMETTANT DE SIMULER LA PENETRATION DES ELECTRONS DANS DES CIBLES MULTI-COUCHES AL/SIO#2 ET AL/CAF#2. L'ETALONNAGE DE L'INTENSITE DE L'EMISSION KALPHA OBTENUE AVEC CES DEUX DIAGNOSTICS A ETE EFFECTUEE A PARTIR DE L'INTERACTION D'UN FAISCEAU D'ELECTRONS MONOENERGETIQUES AVEC CES MEMES CIBLES. LA CONDITION OPTIMALE POUR LA PRODUCTION DES ELECTRONS RAPIDES EST OBTENUE SI L'ENERGIE CONTENUE DANS LA PRE-IMPULSION DU LASER (ASE) EST VOISINE DU SEUIL DE DOMMAGE DE LA CIBLE. LA COMPARAISON DE L'EMISSION KALPHA EXPERIMENTALE ET PREDITE PAR LE CODE A MONTRE QUE 15% DE L'ENERGIE DU LASER EST CONVERTIE EN UNE FONCTION DE DISTRIBUTION D'ELECTRONS RAPIDES DE TEMPERATURE CARACTERISTIQUE EGALE A 8 KEV. LA FLUENCE DE LA SOURCE KALPHA EST DE 0.11 J/CM#2 ET SA DUREE D'EMISSION EST DE L'ORDRE DE 100 FS CAR ELLE EST UNIQUEMENT LIMITEE PAR LE TEMPS DE THERMALISATION DES ELECTRONS RAPIDES DANS LE SOLIDE. LA RESOLUTION SPATIALE ET SPECTRALE DE CETTE EMISSION A L'AIDE D'UNE CAMERA CCD REFROIDIE SENSIBLE AU RAYONNEMENT X A DEMONTRE L'ACCORDABILITE SPECTRALE DE CETTE SOURCE KALPHA JUSQU'A DES ENERGIES SUPERIEURES A 6 KEV. DANS UNE SECONDE EXPERIENCE, NOUS AVONS DEMONTRE EXPERIMENTALEMENT, POUR LA PREMIERE FOIS EN REGIME SUB-PICOSECONDE, LA GENERATION D'UNE EMISSION X KALPHA DE FLUORESCENCE (3.69 KEV). ELLE A ETE INDUITE PAR LA PHOTIONISATION EN COUCHE INTERNE D'UN ECHANTILLON DE CALCIUM IRRADIE PAR LA SOURCE KALPHA (4.51 KEV) PRODUITE PAR LE DEPOT D'ENERGIE DES ELECTRONS RAPIDES DANS UNE CIBLE DE TITANE
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Cette thèse a pour objet l'étude de l'interaction laser-matière dans un régime d'éclairement extrême que visent à atteindre plusieurs installations multi-pétawatt en cours de développement (CILEX-Apollon, ELI, IZEST, etc.). Pour un éclairement supérieur à 1022 Wcm-2, la dynamique relativiste des électrons accélérés dans l'onde laser est modiée par un important rayonnement Compton inverse non-linéaire. Au-delà de 1023 Wcm2, les photons ainsi produits peuvent, en interagissant à leur tour avec le champ laser, se désintégrer en paires électron-positron via le mécanisme de Breit-Wheeler non-linéaire. Ces mécanismes d'électrodynamique quantique, dont l'étude expérimentale était jusqu'ici l'apanage des grands accélérateurs de particles, peuvent grandement affecter les mécanismes usuels d'interaction laser-plasma, notamment ceux régissant l'accélération de particules chargées et, par conséquent, le bilan global de l'interaction. Afin de modéliser ce régime inédit d'interaction, qui combine processus collectifs, relativistes et d'électrodynamique quantique, nous avons enrichi des mécanismes précédents le code de simulation particle-in-cell calder développé de longue date au CEA/DIF. L'influence de ces mécanismes est d'abord explorée dans le cas d'une impulsion laser interagissant avec une cible dense de taille micrométrique. Un rendement de conversion de l'énergie laser en photons supérieur à 10% est observée au-dessus de 1023 Wcm-2, tandis que la production d'anti-matière s'emballe, via un mécanisme de cascade, à partir de 1024 Wcm2. Dans un second temps, nous étudions la génération de positrons lors de la collision frontale entre un faisceau d'électrons ultra-relativistes issu d'un accélérateur plasma et une impulsion laser ultra-intense. Dans une dernière partie, nous considérons un scénario prospectif d'intérêt astrophysique, à savoir la collision de plasmas de paires issus de cibles solides irradiées à 1024 Wcm-2 montrant la croissance rapide d'une instabilité de lamentation magnétique combinée à d'intenses effets radiatifs.
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DIFFERENTS ASPECTS DE L'INTERACTION D'UNE IMPULSION ULTRA-COURTE ET ULTRA-INTENSE AVEC UN PLASMA SOUS-DENSE ONT ETE ETUDIES ANALYTIQUEMENT ET NUMERIQUEMENT. CES ETUDES PRESENTENT UN INTERET POUR L'ACCELERATION LASER DE PARTICULES DANS LES PLASMAS, LES LASERS A RAYONS X, LA GENERATION D'HARMONIQUES D'ORDRE ELEVE, LE CONCEPT D'ALLUMEUR RAPIDE POUR LA FUSION PAR CONFINEMENT INERTIEL. ON A UTILISE LE CODE PARTICULAIRE RELATIVISTE WAKE DEVELOPPE PRECEDEMMENT A L'ECOLE POLYTECHNIQUE. CE CODE A ETE MODIFIE AU COURS DE LA THESE POUR TRAITER LE MOUVEMENT DES IONS, POUR CALCULER DES TRAJECTOIRES D'ELECTRONS TESTS, ET POUR INCLURE DES DIAGNOSTICS DIVERS SUR LES CHAMPS ET LES PARTICULES. LES SUJETS TRAITES DANS CETTE THESE SONT LES SUIVANTS : L'ACCELERATION DE PHOTONS DANS LE SILLAGE D'UNE IMPULSION LASER COURTE ET INTENSE, LA VITESSE DE PHASE DE L'ONDE PLASMA DANS LE SILLAGE D'UNE IMPULSION LASER AUTO-MODULEE, LA CANALISATION RELATIVISTE D'IMPULSION LASER DE DUREE DE L'ORDRE DE LA PERIODE PLASMA, LA DYNAMIQUE IONIQUE DANS LE SILLAGE, LE DEFERLEMENT. ENFIN ON A SIMULE 3 EXPERIENCES DE PROPAGATION D'ONDE LASER ET D'ACCELERATION D'ELECTRONS. VOICI LES PRINCIPAUX RESULTATS DE LA THESE : LA REDUCTION DE LA VITESSE DE PHASE DE L'ONDE PLASMA DANS LE CAS D'UNE IMPULSION LASER AUTO-MODULEE NE JOUE QUE DANS LE CAS D'UN CANAL PREFORME POUR LE GUIDAGE DE L'ONDE LASER. ON A TROUVE DES STRUCTURES SELF-SIMILAIRES POUR DECRIRE LE GUIDAGE RELATIVISTE D'UNE IMPULSION COURTE DANS UN PLASMA. ON A DEMONTRE LA PROPAGATION AUTO-GUIDEE D'IMPULSION INITIALEMENT GAUSSIENNES DE QUELQUES PERIODES PLASMA. ON A MONTRE QUE LA FORCE PONDEROMOTRICE DE L'ONDE PLASMA EXCITEE PAR L'IMPULSION LASER FORME UN CANAL ET LE DEFERLEMENT DANS CE CANAL A ETE ANALYSE EN DETAIL. LES EFFICACITES DE L'ACCELERATION D'ELECTRONS DANS LE CHAMP LASER ET DANS L'ONDE PLASMA ONT ETE COMPAREES. LE DECALAGE EN FREQUENCE D'UNE SONDE SE PROPAGEANT DANS LE SILLAGE PLASMA A ETE ETUDIE DANS DES CONDITIONS CORRESPONDANT A DES EXPERIENCES ACTUELLES.
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CE TRAVAIL CONCERNE L'ETUDE DE L'INTERACTION D'UNE IMPULSION LASER SUBPICOSECONDE D'INTENSITE MODEREE (10 1 2 10 1 5 W/CM 2) AVEC UNE CIBLE SOLIDE. EN IMPULSION COURTE (TYPIQUEMENT 150 FS), L'EXPANSION HYDRODYNAMIQUE EST NEGLIGEABLE PENDANT L'IMPULSION LASER ET L'ENERGIE EST DEPOSEE DANS L'EPAISSEUR DE PEAU DU SOLIDE : L'IMPULSION LASER INTERAGIT DIRECTEMENT AVEC LE SOLIDE. APRES L'IMPULSION LASER, LE PLASMA SE DETEND VERS LE VIDE ET LE GRADIENT DE DENSITE, INITIALEMENT RAIDE SE DEVELOPPE. L'EVOLUTION TEMPORELLE DE LA TEMPERATURE ELECTRONIQUE EST ALORS GOUVERNEE PRINCIPALEMENT PAR LES PERTES D'ENERGIE PAR CONDUCTION THERMIQUE VERS L'INTERIEUR DU SOLIDE. DANS CE TRAVAIL, CES DIFFERENTS ASPECTS (HYDRODYNAMIQUE ET TEMPERATURE ELECTRONIQUE, ABSORPTION DU PLASMA) DE L'INTERACTION LASER-MATIERE ONT ETE ETUDIES. LA METHODE EXPERIMENTALE S'APPUIE SUR LA TECHNIQUE POMPE-SONDE ET REPOSE SUR LE PRINCIPE DE L'INTERFEROMETRIE DANS LE DOMAINE DES FREQUENCES. LE PLASMA CREE PAR UNE IMPULSION LASER INTENSE EST SONDE PAR UN SYSTEME DE DEUX IMPULSIONS DE FAIBLE INTENSITE DECALEES TEMPORELLEMENT. CES DEUX IMPULSIONS SONT REFLECHIES PAR LE PLASMA ET INTERFERENT DANS LE DOMAINE SPECTRAL. LA FIGURE D'INTERFERENCES AINSI GENEREE PERMET DE MESURER LA PHASE ET LA MODULATION D'AMPLITUDE INDUITES PAR LE PLASMA SUR LE FAISCEAU SONDE. CES GRANDEURS SONT RESOLUES SPATIALEMENT SELON UN DIAMETRE DU PLASMA ET TEMPORELLEMENT EN FONCTION DU RETARD ENTRE L'IMPULSION POMPE ET LE FAISCEAU SONDE. LES MESURES DE PHASE ONT ALORS PERMIS DE MESURER L'EVOLUTION TEMPORELLE DE LA LONGUEUR DE GRADIENT DE DENSITE EN FONCTION DE L'INTENSITE LASER. LA TEMPERATURE ELECTRONIQUE MAXIMALE ATTEINTE DANS LE PLASMA ET SON EVOLUTION TEMPORELLE APRES L'IMPULSION LASER ONT ETE DETERMINEES. LES MESURES DE REFLECTIVITE DU PLASMA ONT MIS EN EVIDENCE LES MECANISMES D'ABSORPTION DOMINANTS, L'ABSORPTION RESONANTE ET L'ABSORPTION COLLISIONNELLE. EN PARTICULIER, LA FREQUENCE DE COLLISIONS, PARAMETRE FONDAMENTAL DANS L'ABSORPTION COLLISIONNELLE A ETE MESUREE EN FONCTION DU TEMPS DANS L'APPROXIMATION DU MODELE DE DRUDE. UN MODELE SIMPLE A ETE AUSSI DEVELOPPE AFIN D'ETUDIER LE CLAQUAGE OPTIQUE D'UNE CIBLE DIELECTRIQUE SOUS L'EFFET D'UNE IMPULSION LUMINEUSE INTENSE. EN IMPULSION LONGUE (DUREE DE 2 PS), LES EXPERIENCES SONT COMPAREES A UN CODE HYDRODYNAMIQUE.
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ON A DEVELOPPE AU COURS DE CE TRAVAIL UN CODE DE SIMULATION NUMERIQUE BIDIMENSIONNEL CYLINDRIQUE QUI DECRIT L'INTERACTION D'IMPULSIONS LASER ULTRA-BREVES ET ULTRA-INTENSES AVEC DES GAZ OU DES PLASMAS PEU DENSES. DE PLUS, POUR PERMETTRE UNE COMPARAISON DIRECTE DES PREVISIONS THEORIQUES AVEC LES RESULTATS EXPERIMENTAUX, LES DIAGNOSTICS PRINCIPAUX DE LA PHYSIQUE EXPERIMENTALE DE L'INTERACTION LASER-PLASMA ONT ETE SIMULES. LE NOYAU DU CODE ADOPTE UNE DESCRIPTION PARTICULAIRE DU MILIEU DE PROPAGATION, UNE APPROXIMATION PARAXIALE POUR LA PROPAGATION DE L'ONDE ELECTROMAGNETIQUE ET UNE APPROXIMATION QUASI-STATIQUE POUR LA DESCRIPTION DE L'ACTION DE L'ONDE SUR LE MILIEU. SUR CE NOYAU ON A GREFFE UN MODULE POUR DECRIRE LA FORMATION DU PLASMA PAR IONISATION TUNNEL D'UN MILIEU GAZEUX INITIAL. ENSUITE DES IMPULSIONS LASER DE FREQUENCE DOUBLE ONT ETE AJOUTEES AU CODE AFIN DE SIMULER LA PROPAGATION DE SONDES ELECTROMAGNETIQUES COLINEAIRES AU FAISCEAU PRINCIPAL. D'AUTRES DIAGNOSTICS, TELS QUE LA DIFFUSION THOMSON A 90 DE L'AXE OPTIQUE, ONT ETE INTRODUITS. ENFIN, UN DEUXIEME CODE NUMERIQUE A ETE ELABORE POUR LA REPRISE ET LA PROPAGATION DANS LE VIDE DES ONDES ELECTROMAGNETIQUES. CES DERNIERES ONT DONC PU ETRE ANALYSEES DANS LA REGION DITE DU CHAMP LOINTAIN, C'EST-A-DIRE A L'ENDROIT OU LES DETECTEURS REELS SONT PLACES. AVEC LES OUTILS NUMERIQUES AINSI DEVELOPPES ON A PU REPRODUIRE DES RESULTATS EXPERIMENTAUX DIVERS, AVEC UNE PRECISION INHABITUELLE POUR LES SIMULATIONS DE LA PHYSIQUE DE L'INTERACTION LASER-PLASMA. CES RESULTATS ONT FOURNI DES INDICATIONS IMPORTANTES POUR L'INTERPRETATION ET LA CONCEPTION D'EXPERIENCES DE SILLAGE LASER ET D'AUTOFOCALISATION RELATIVISTE.
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L'OBJECTIF DE CETTE THESE EST DE COMPRENDRE ET D'ANALYSER LES PROCESSUS PHYSIQUES SUSCEPTIBLES D'ACCELERER DES ELECTRONS A DES ENERGIES RELATIVISTES, LORS DE L'INTERACTION D'UNE IMPULSION LASER ULTRA INTENSE (ECLAIREMENT LASER SUPERIEUR A 10#1#9W/CM#2) AVEC DES ELECTRONS DANS LE VIDE OU UN PLASMA. CES TRAVAUX S'INSCRIVENT DANS LE CADRE DE LA FUSION PAR CONFINEMENT INERTIEL AVEC LA NOUVELLE APPROCHE DE L'ALLUMEUR RAPIDE. CETTE THESE SE COMPOSE DE TROIS ETUDES EXPERIMENTALES SUR L'ACCELERATION D'ELECTRONS. LES RESULTATS DE CES EXPERIENCES SONT INTERPRETES EN LES COMPARANT A CEUX DONNES PAR DES MODELES THEORIQUES PRESENTES DANS CE RAPPORT : (I) L'ACCELERATION D'ELECTRONS DANS LE VIDE PAR L'IMPULSION LASER EST MISE EN EVIDENCE EXPERIMENTALEMENT. DES ELECTRONS D'ENERGIE INITIALE DE 1 A 10 KEV ENVIRON, SONT ACCELERES A DES ENERGIES VOISINES DE 1 MEV. CES RESULTATS SONT EN BON ACCORD AVEC DES SIMULATIONS DE PROPAGATION D'ELECTRONS LIBRES SOUMIS A UNE ONDE ELECTROMAGNETIQUE INTENSE, SPATIALEMENT ET TEMPORELLEMENT FINIE. (II) LE ROLE DE LA FORCE PONDEROMOTRICE DANS LA PRODUCTION D'ELECTRONS RELATIVISTES (0,4 A 3 MEV) LORS DE L'INTERACTION D'UN FAISCEAU LASER ULTRA INTENSE AVEC UN PLASMA SURDENSE ET PRESENTANT UN PROFIL DE DENSITE TRES RAIDE EST ICI DEMONTRE EXPERIMENTALEMENT. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX SONT EN BON ACCORD AVEC UN MODELE D'ACCELERATION D'ELECTRONS DANS CE REGIME OU LA TEMPERATURE CHAUDE T#H EST EGALE A L'ENERGIE D'OSCILLATION D'UN ELECTRON DANS LE CHAMP LASER. (III) DANS LE CAS DE L'ACCELERATION D'ELECTRONS (0,5 A 20 MEV), LORS DE L'INTERACTION DU FAISCEAU LASER AVEC UN PLASMA PREFORME SOUS CRITIQUE ET LONG, DEUX TEMPERATURES SUPRATHERMIQUES ET DES CANAUX DE CREUSEMENT DE DENSITE ELECTRONIQUE SONT OBSERVES. CES OBSERVATIONS SONT A PRIORI LA SIGNATURE DE LA FORCE PONDEROMOTRICE OU DE LA DIFFUSION RAMAN AVANT DANS UN CANAL CREE PAR L'AUTOFOCALISATION PONDEROMOTIVE ET RELATIVISTE DE L'IMPULSION LASER.
Author: ERIK.. LEFEBVRE
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