Génération et caractérisation de sources de neutrons, de courte et haute luminosité, produites par laser

Neutrons make it possible to probe matter in a unique and valuable way compared to what is possible using charged particles (electrons, ions) or electromagnetic (optical domain) or ionizing (X, gamma) radiations.While X-rays, electrons and ions interact strongly with the electrons present in materials, neutrons have the unique ability (by diffraction or low-angle scattering) to reach nuclei, and thus provide crucial information about the complex processes of molecular motion and atomic vibrations. However, various aspects of these domains are studied at the extreme limit of existing neutron sources - the main limitation being the temporal resolution of current sources, of the order of millisec.- microsec.Ultrafast (sub-nanosec) time scale studies using neutrons either as a pump or as a probe are currently not possible because no high-flux neutron source (eg> 10 ^ 9 neutrons / cm ^ 2 / s) does exist over such a short time.An opportunity for such development is possible through the production of neutron sources by intense laser pulses which, under appropriate conditions, can generate a pulsed packet of neutrons in a narrow band of energy.Leveraging such a source would open exciting opportunities for life sciences, solid state physics and many technological applications, such as penetrating explosives detection, semiconductor device testing and materials used for shielding spacecraft or aircraft, developing robust materials for fusion / fission reactors, or diagnosing containers used for storing radioactive nuclear waste.The development of such a neutron source is the main objective of this thesis. The aim of the work was to make a first demonstration of a narrow-spectrum neutron source, so that the short duration of the beam at the source can be maintained over the distances required for applications. The project was developed on various high-intensity laser facilities, in particular the ELFIE laser facility of the LULI laboratory and the TITAN laser facility (LLNL).Les neutrons permettent de sonder de manière unique et précieuse la matière en comparaison de ce qui est possible en utilisant des particules chargées (électrons, ions) ou des rayonnements électromagnétiques (domaine optique) ou ionisants (X, gamma).Alors que les rayons X, les électrons et les ions interagissent fortement avec les électrons présents dans les matériaux, les neutrons ont la capacité unique (par diffraction ou diffusion à faible angle) d'atteindre les noyaux, et donc fournir des informations cruciales sur les processus complexes du mouvement moléculaire et des vibrations atomiques. Cependant, divers aspects de ces domaines sont étudiés à l'extrême limite de sources de neutrons existantes - la principale limite étant la résolution temporelle des sources actuelles, de l'ordre de la millisec.- microsec.Les études, aux échelles temporelles ultrarapides (sub-nanosec.), utilisant des neutrons soit comme pompe ou sonde ne sont actuellement pas possibles car aucune source de neutrons à haut flux (par exemple > 10^9 neutrons/cm^2/s) n’existe à courte durée.Une opportunité pour un tel développement est possible via la production de sources de neutrons par des impulsions laser intenses qui, dans des conditions appropriées, peuvent générer un paquet impulsionnel de neutrons dans une bande étroite d'énergie.Tirer partie d’une telle source ouvrirait des opportunités excitantes pour les sciences de la vie, la physique des solides et de nombreuses applications technologiques, comme la détection pénétrante d’explosifs, les tests de dispositifs à semi-conducteurs et de matériaux utilisés pour le blindage des engins spatiaux ou des aéronefs, le développement de matériaux robustes pour les réacteurs de fusion/fission, ou le diagnostique de conteneurs utilisés pour le stockage de déchets nucléaires radioactifs.Le développement d’une telle source de neutrons constitue l’objectif principal de cette thèse. Le but du travail a été de faire une première démonstration de source de neutrons à spectre étroit, de sorte que la courte durée du faisceau à la source puisse être maintenue sur les distances requises pour les applications. Le projet a été développé sur différentes installations laser à haute-intensité, en particuliers l'installation laser ELFIE du laboratoire LULI et l’installation laser TITAN (LLNL)