Accélération laser-plasma : mise en forme de faisceaux d’électrons pour les applications

Laser plasma acceleration (LPA) comes from the nonlinear interaction between an intense laser beam (≈10¹⁸ W/cm²) and a gas target. The plasma wave which is generated can, trap and accelerate electrons to very high energies due to large accelerating fields (≈ 50 GV/m). Numerous studies have been done on this promising process among our scientific community aiming at understanding the basic mechanisms involved. As a second step, we now try tries to improve the properties of the source (energy, divergence, reproducibility…).Such ultra-compact electronic sources can be used for various applications. Among them, high energy physics for which a specific scheme was designed, based on the multi-stage acceleration. The scheme relies on the addition of successive accelerating modules to increase the effective accelerating length and therefore the final electron energy. In its basic version, a first stage (injector) delivers an electron beam at moderate energy including a high charge. This beam is then further accelerated to high energy through a second stage (accelerator). This thesis is part of preliminary studies performed to prepare the future 2-stages laser plasma accelerator that will be developed on platform CILEX with APOLLON 10 PW laser.In this context, a new target has been designed and characterized with the UHI100 laser. Then the electron beam properties have been adjusted by optical shaping of the laser generating the plasma wave, and also by magnetic shaping.The electron beam, magnetically shaped, has been used for a specific application devoted to the set-up of a new dosimetric diagnostic, dedicated to the measurement of high dose rate delivered by these electrons from LPA.L'accélération laser plasma (ALP) est le produit de l'interaction non linéaire entre un faisceau laser intense (≈10¹⁸ W/cm²) et une cible gazeuse. Sous certaines conditions, l’onde plasma générée peut piéger et accélérer des électrons jusqu’à des énergies très importantes grâce à des champs accélérateurs élevés (≈ 50 GV/m). Ce processus très prometteur fait l'objet de nombreux travaux au sein de la communauté, qui, après avoir identifié les mécanismes de base, cherche aujourd’hui à améliorer les propriétés de la source (énergie, divergence, reproductibilité...).Les applications de ces faisceaux d'électrons issus de sources ultra-compactes sont variées. Parmi celles-ci, la physique des hautes énergies pour laquelle a été conçu le schéma d'accélération multi-étages. Il s’agit d’un concept basé sur la succession d’étages accélérateurs pour répondre à la problématique de l’augmentation de la longueur d’accélération en vue d’augmenter l’énergie des électrons. Dans sa version de base, un premier étage (injecteur) fournit un faisceau d'électrons d'énergie modérée doté d’une charge très importante. Ce faisceau est alors accéléré vers de plus hautes énergies dans un second étage appelé accélérateur. Cette thèse s'inscrit dans une série de travaux préliminaires aux expériences d'accélération laser-plasma double étages prévues sur la plateforme expérimentale CILEX autour du laser APOLLON 10 PW.Dans ce cadre, une nouvelle cible a été conçue et caractérisée avec le laser UHI100. Les propriétés du faisceau d'électrons ont ensuite été modifiées par mise en forme optique du faisceau laser produisant l'onde de plasma, ainsi que par mise en forme magnétique.Ce dernier dispositif nous a permis de pouvoir utiliser la source pour une application visant à mettre au point un système de dosimétrie adapté au fort débit de dose associé aux électrons issus de l'ALP