Sources of high energy particles obtained with intense lasers for applications in nuclear physics

Cette étude expérimentale concerne la caractérisation des faisceaux d'électrons et de protons d'énergie supérieure à quelques MeV produits lors de l'interaction d'un laser ultra-intense (~10^19 W.cm-2) avec une cible solide de faible épaisseur (10 µm). Ce travail se place dans la perspective de l'utilisation de ces faisceaux pour des expériences de physique nucléaire. Pour cet usage, il est nécessaire de connaître quantitativement les caractéristiques des faisceaux de particules : distribution en énergie, distribution angulaire.Les faisceaux obtenus par accélération laser ont des caractéristiques très différentes des faisceaux d'accélérateurs conventionnels entre autres de par leur brièveté et leur intensité mais aussi par leur distribution en énergie continue. Ces propriétés rendent complexes leur caractérisation et nous ont amenés à développer des méthodes combinant spectromètres à diodes, films radiochromiques, activation nucléaire de matériaux choisis et simulations Monte-Carlo.Ces méthodes ont été utilisées sur deux installations lasers différentes (Salle Jaune au LOA de Palaiseau et JETI à l'IOQ de Jena) mais de caractéristiques proches pour l'étude des faisceaux d'électrons en fonction du matériau-cible. Une expérience a également été menée pour caractériser tir à tir le faisceau de protons produits par le laser 100 TW du LULI (Palaiseau). Cette dernière expérience a, de plus, permis de démontrer la possibilité d'induire des réactions nucléaires dans un plasma et de mesurer quantitativement le taux de réaction en vue d'une expérience de perturbation du couplage noyau-cortège électronique par un champ électromagnétique fort dû au laser.This experimental study concerns the characterization of the beams of electrons and protons with energies above a few MeV produced in the interaction of an ultra-intense (~10^19 W.cm-2) laser beam with a 10 µm thick solid target.This work was issued in the framework to use these beams in nuclear physics experiments. It was hence necessary to know quantitatively the characteristics of these particle beams.Laser accelerated particle beams have very different characteristics from conventional accelerators' ones, especially on account of their transience and intensity as well as their continuous energy distribution. These properties make their characterization complex and led us to develop methods combining measurements with diodes spectrometers, radiochromic films, nuclear activation of chosen materials and Monte-Carlo simulations.These methods have been employed on two different facilities (LOA Salle Jaune in Palaiseau and JETI at the IOQ in Jena) but with similar characteristics for the study of the electron beams as a function of the target material. An experiment was also carried out to characterize at each shot the proton beam produced with the LULI 100 TW laser facility (Palaiseau). This experiment also proved the possibility to induce nuclear reactions in plasma and to measure quantitatively the reaction rate in order to scale an experiment on the perturbation of the nucleus electronic-shells coupling via a strong electromagnetic field due to the laser