Modélisation Particle-in-Cell de l`accélération laser-plasma

Proposition d’un Projet de Recherche en Laboratoire
Titre : Modélisation Particle-in-Cell de l’accélération laser-plasma d’électrons: exploration des
mécanismes d'injection
Laboratoire d’accueil : Laboratoire d'Optique Appliquée
Résumé : Le champ électrique dans un accélérateur de particules conventionnel est limité à des valeurs
de l'ordre de 100 MV/m en raison de l'ionisation des parois de l'accélérateur pour des champs dépassant
cette valeur critique. Les plasmas, matière ionisée, supportent des champs arbitrairement élevés. En
particulier, les champs électriques dans l’onde de sillage derrière une impulsion laser ultra-courte et
ultra-intense sont 3 à 4 ordres de grandeur supérieurs à ceux obtenus dans les accélérateurs
conventionnels, de l'ordre de plusieurs centaines de GV/m. L'accélération laser-plasma apparaît comme
une alternative compacte et plus économique aux accélérateurs conventionnels, et elle permet
aujourd’hui la production des faisceaux d’électrons avec énergies supérieures au GeV.
Au LOA, on développe de codes numériques pour la modélisation de l’accélération laser-plasma.
En particulier, ces simulations sont capables de prédire et reproduire les résultats des expériences
réalisés dans notre laboratoire, et d’éclairer sur la nature et le rôle des différents phénomènes ayant lieu
pendant l'interaction du laser avec le plasma. Dans les codes utilisés, du type particulaire (Particle-in-
Cell) électromagnétique, on résout de façon directe les équations de Maxwell pour les champs couplées
avec l’équation de Vlasov pour les particules.
Les objectives du stage proposé sont :
 Comprendre les bases de l'interaction laser-plasma dans le régime relativiste
 Comprendre les techniques numériques mises en œuvre dans la résolution du système Maxwell-
Vlasov
 Apprendre à adapter, compiler et tourner un code Particle-in-Cell électromagnétique
tridimensionnel dans un environnement de calcul parallèle massif
 Appliquer le code à l’étude d’un problème ouvert dans le domaine de l’accélération laser-
plasma : l'injection des particules dans l'onde de sillage en créant des inhomogénéités dans la
densité du plasma
Mots clés : Accélération laser-plasma, modélisation Particle-in-Cell, électromagnétisme
Nature : numérique
Accueil d’un binôme possible : Oui
Personnes à contacter : Agustin Lifschitz ([e-mail]).