Modélisation d’une source X générée par l’interaction d’un laser ultra-intense avec une cible solide

Contexte :

De nombreuses expériences ayant pour objectif de mieux comprendre le comportement de la matière dans des régimes extrêmes et sur des échelles de temps très courtes (en physique des plasmas, physique du solide, physique atomique, etc.) nécessitent de recourir à des sources de rayonnement X pour radiographier l’objet étudié, ou réaliser une spectroscopie dans le domaine X. L’obtention d’une source X ponctuelle (avec une taille proche de 10 microns de diamètre) une durée très courte (proche de la picoseconde) est nécessaire pour les applications nécessitant une très bonne résolution temporelle et spatiale. L’interaction d’un laser d’ultra haute intensité (UHI) avec une cible de petite taille permet de générer de telles sources : le laser ionise la cible grâce à ses forts champs qui accélèrent ensuite les électrons ionisés dans la cible. Ceux-ci émettent alors du rayonnement X via différent processus : collisionnel (Bremsstrahlung) ou atomiques (e.g. émission de raie Kα). La courte durée des lasers UHI assure d’obtenir une courte durée d’émission. La forme et la taille de la cible permettent de limiter l’extension de la zone émissive. Si le principe de base de ces sources est compris, il est à ce jour difficile d’estimer avec précision les propriétés ou le rendement qu’on peut attendre de ces sources sur de nouvelles installations lasers.

Objectif de la thèse :

Le but du travail demandé sera de simuler ces sources avec le code CALDER, qui est un code de type Particle-In-Cell (PIC) et d’en améliorer leur compréhension. Ce code permet de simuler l’interaction d’un laser UHI avec un plasma. Il est développé en post-laboratoire et il est utilisé sur les supercalculateurs du CEA. Le candidat aura pour but de modéliser des expériences récentes ou prochaines servant à développer ces sources X. CALDER sera aussi interfacé avec un code de type Monte Carlo comme GEANT4 afin de mieux calculer le rayonnement Kα émis. A partir de ces simulations, le(a) doctorant(e) cherchera à comprendre les effets physiques prépondérants qui entrent en jeu dans ces sources et à proposer des modèles physiques simplifiés pour les décrire. La compréhension nouvelle de ces sources permettra de proposer des améliorations au design des cibles.

Déroulement de la thèse :

Il(elle) débutera sa thèse en se formant à la physique de l’interaction laser-plasma à haute intensité, à l’émission de rayonnement X dans ces régimes, et à l’utilisation de CALDER voire de GEANT4 pour simuler ces sources. Ensuite, il devra chercher à reproduire des résultats expérimentaux récents. Un travail de compréhension des processus physiques impliqués sera demandé. Des propositions pour améliorer ces sources pourront alors être formulées, et testées grâce à la simulation.

DIRECTEUR DE THESE

Christophe BLANCARD
christophe.blancard@cea.fr

ECOLE DOCTORALE

ED 572
Ondes et Matière – EDOM
Rue André Rivière
Bâtiment 520
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ENCADRANT

Xavier DAVOINE
xavier.davoine@cea.fr

CENTRE

DAM – Île-de-France
Bruyères-le-Châtel
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