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Modélisation de l’accélération laser plasma

Contact Francesco Massimo, LPGP
Francesco Massimo <francesco.massimo@universite-paris-saclay.fr>
Stage M2 suivi d’une thèse

L’accélération d’électrons par sillage laser a permis de démontrer la génération de gradients accélérateurs très élevés, et de fournir des faisceaux d’électrons relativistes intenses et de courte durée. Cette physique repose sur le couplage non linéaire de plusieurs paramètres qui rendent les mécanismes intéressants à exploiter dans différentes gammes suivant les applications recherchées.

La complexité de ces mécanismes physiques et des mesures effectuées pour les caractériser complètement nécessitent des études numériques lourdes, à la fois sous la forme de nombreuses simulations utilisant des modèles réduits et de simulations plus précises mais plus coûteuses en temps de calcul.

L’équipe ITFIP  est fortement impliquée dans un programme de modélisation théorique et numérique visant à démontrer l’obtention de fortes charges électroniques et l’accélération d’électrons relativistes, sur l’installation de recherche APOLLON et d’autres installations laser intenses françaises et européennes. Dans ce contexte, la modélisation précise de toutes les composantes d’une expérience d’accélération d’électrons par sillage laser-plasma est d’importance primordiale pour concevoir et analyser les campagnes expérimentales futures et en cours.

Le travail  proposé est lié à la modélisation de ces expériences, qui pour être simulées dans leur intégralité ont besoin d’un couplage de modèles fluides pour la formation de la cible gazeuse, de modèles du type « Particle in Cell » (PIC) pour l’accélération laser-plasma et de modèles de transport de d’électrons pour la propagation des faisceaux de particules accélérées à des hautes énergies. Les méthodes et/ou les résultats du stage contribueront aux campagnes expérimentales d’accélération où l’équipe ITFIP est impliquée avec plusieurs collaborateurs du plateau de Saclay et internationaux.

Développement de plasmas pour les expériences d’accélération d’électrons par sillage laser

Contact Brigitte Cros, LPGP brigitte.cros@universite-paris-saclay.fr
Stage M2 suivi d’une thèse

L’accélération d’électrons par sillage laser a permis de démontrer la génération de gradients accélérateurs très élevés, et de fournir 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 de paramètres 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 un programme expérimental visant à démontrer l’obtention de fortes charges électroniques et l’accélération d’électrons relativistes,  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.

Le travail  proposé est lié à  la mise au point et le diagnostic de cibles plasma, et à la participation à une expérience sur une installation laser de forte puissance. 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 de façon reproductible d’un tir à l’autre.

Characterization and performance of the Apollon Short-Focal-Area facility following its commissioning at 1 PW level

Characterization and performance of the Apollon Short-Focal-Area facility following its commissioning at 1 PW level.

K. Burdonov, A. Fazzini, V. Lelasseux, J. Albrecht, P. Antici, Y. Ayoul, A. Beluze, D. Cavanna, T. Ceccotti, M. Chabanis, A. Chaleil, S.N. Chen, Z. Chen, F. Consoli, M. Cuciuc, X. Davoine, J.P.Delaneau, E. d’Humières, J-L. Dubois, C. Evrard, E. Filippov, A. Freneaux, P. Forestier-Colleoni, L.Gremillet, V. Horny, L. Lancia, L. Lecherbourg, N. Lebas, A. Leblanc, W. Ma, L. Martin, F. Negoita, J-L. Paillard, D. Papadopoulos, F. Perez, S. Pikuz, G. Qi, F. Quéré, L. Ranc, P.-A. Söderstrom, M.Scisciò, S. Sun, S. Vallières, P. Wang, W. Yao, F. Mathieu, P. Audebert, J. Fuchs

https://arxiv.org/abs/2108.01336

Soutenance de thèse: Pilar Puyuelo-Valdes

La soutenance de Pilar Puyuelo-Valdes aura lieu le lundi 5 octobre à 15:00 salle des séminaires du CENBG.

Titre :
Laser-driven ion acceleration with high-density gas-jet targets and application to elemental analysis

Résumé :
Cette thèse en cotutelle entre la France et le Canada étudie l’accélération d’ions par interaction laser-plasma.
La première partie, réalisée au CENBG et sur l’installation PICO2000 du laboratoire LULI, présente des études expérimentales, complétées par des simulations numériques de type Particle-In-Cell, portant sur l’accélération d’ions par l’interaction d’un laser infrarouge de haute puissance avec une cible gazeuse de haute densité. Les jets de gaz denses supersoniques utilisés comme cibles, seront présentés en détail; depuis leur conception grâce à des simulations de dynamique des fluides, jusqu’à la caractérisation de leurs profils de densité par interférométrie Mach Zehnder. Les spectres obtenus dans différentes conditions d’interaction seront présentés. Des simulations numériques effectuées avec le code PICLS permettront de discuter les différentes structures observées dans les spectres et les mécanismes d’interaction sous jacents.
La seconde partie, réalisée avec le laser ALLS de l’institut EMT INRS, concerne le développement d’une application des faisceaux générés par laser pour l’analyse élémentaire d’échantillons. Des faisceaux de protons et d’X générés par le laser ALLS pendant l’interaction avec des cibles solides d’aluminium, de cuivre et d’or ont été utilisés pour effectuer des analyses de matériaux par les méthodes Particle-induced X-ray emission (PIXE) et X-ray fluorescence (XRF). L’importance relative des deux techniques, XRF et PIXE, est étudiée en fonction de la nature de la cible d’interaction. Les deux diagnostics peuvent être implémentés simultanément ou individuellement, en changeant simplement la cible d’interaction.

Présentation de l’installation APOLLON

Le 14 octobre, de 14h à 16h, le GdR Appel organise une présentation à distance des paramètres et de l’organisation de l’installation APOLLON, suivie d’une séance de questions réponses. L’objectif est d’informer la communauté sur les caractéristiques actualisées de l’installation pour préparer au mieux les futures expériences.

Pour participer il est nécessaire de s’inscrire au préalable: https://indico.ijclab.in2p3.fr/event/6467/

Présentation de François Mathieu: http://gdr-appel.fr/wp-content/uploads/2020/10/APO-WP0-FM-20201013_GDR-APPEL.ppt

Présentation de Dimitris Papadopoulos: http://gdr-appel.fr/wp-content/uploads/2020/10/Dimitris_GDRAppel2020.pdf