Sujet :

Optimisation de la source X impulsionnelle par diffusion Compton inverse d’un accélérateur linéaire d’électrons

Contexte :

On assiste ces dernières années à un intérêt croissant pour le développement de nouvelles sources de rayonnement X compactes reposant sur le principe de la diffusion Compton inverse. Moins coûteuses que les grandes installations telles que les synchrotrons, elles sont à même de délivrer un flux de rayonnement X adapté à des applications variées, que l’on trouve par exemple dans le domaine médical (imagerie et thérapie), l’héritage culturel (identification et préservation), la science des matériaux (caractérisation), ou encore, dans le cas du CEA-DAM, dans l’étude et la caractérisation de détecteurs X. Elles présentent l’avantage d’être impulsionnelles et accordables dans une grande plage d’énergie. Elles sont notamment bien adaptées pour la caractérisation de la réponse impulsionnelle de caméras à balayage de fente ou de caméras à imagerie intégrale rapides utilisées sur le Laser Mégajoule. Le développement d’une telle source a été entrepris sur l’accélérateur d’électrons ELSA du CEA de Bruyères-le-Châtel, permettant dès 2010 d’obtenir les premiers photons X dans une configuration tête-bêche (« head-on collision ») entre le faisceau d’électrons de 17 MeV et un faisceau laser intense. C’était, à notre connaissance, la première réalisation expérimentale de ce type en Europe.

Objectif de la thèse :

L’objectif scientifique de la thèse est d’optimiser le rendement de production de photons X de cette source afin de la rendre exploitable pour les applications citées. Il s’agit pour cela d’étudier des solutions innovantes à la fois dans le domaine laser et dans le domaine des faisceaux d’électrons à fort courant et de les implémenter sur la source X d’ELSA pour en étudier expérimentalement les bénéfices. L’objectif ultime est d’approcher au plus près les prédictions théoriques de rendement.
Le(a) doctorant(e) sera amené(e) à développer son expertise dans plusieurs domaines de la physique, que ce soient les lasers, la physique des accélérateurs ou encore celle de la détection X. Plus largement encore, il(elle) devra élargir son spectre de compétences dans des domaines techniques tels que l’électronique, la mécanique et la technique du vide, omniprésentes dans le monde des accélérateurs.

Déroulement de la thèse :

Cette recherche s’appuiera a priori sur les axes suivants : l’optimisation de la chaîne laser pour intensifier le flux de photons participant à l’interaction avec les contraintes liées aux seuils de dommage des optiques et aux phénomènes non linéaires d’autofocalisation ; l’étude du transport de paquets d’électrons brefs et denses dans le but de contenir l’émittance transverse ; l’amélioration du système de repliement de faisceau laser permettant de multiplier par 8 le flux d’X produit ; l’étude et la réduction des émissions X parasites de la cavité accélératrice finale en amont du point d’interaction. Cette recherche essentiellement expérimentale pourra par ailleurs s’appuyer sur des calculs et simulations numériques en physique et en optique.

Directeur de thèse et école doctorale :

DELERUE Nicolas
delerue@lal.in2p3.fr
ED 576 – Particules, Hadrons, Energie, Noyau, Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulation (PHENIICS)
Université Paris-Saclay

Encadrant :

LE FLANCHEC Vincent
CEA/DAM Ile-de-France – Bruyères-le-Châtel, 91297 Arpajon
Tél. : 01 69 26 40 00 – vincent.le-flanchec@cea.fr