En 2004, les équipes du Laboratoire d’optique appliquée (LOA) faisaient la une du journal Nature en démontrant qu’il était possible d’accélérer très rapidement des électrons en faisant interagir un laser avec un plasma. Cette prouesse technique a ouvert des perspectives révolutionnaires dans le domaine de l’accélération de particules, et considérablement élargi le champ des possibles applications, que ce soit en matière de contrôle non destructif ou de radiobiologie.
Après avoir apporté cette preuve de concept, les chercheurs ont pu envisager la réalisation d’accélérateurs de particules beaucoup plus compacts et bien moins coûteux que les installations traditionnelles. Mais les difficultés pour passer de cette première expérience de physique à une source de faisceaux de particules stable et disponible à volonté demeuraient nombreuses.
C’est à certaines de ces difficultés que la thèse de Kosta Oubrerie s’est attaquée, permettant d’ouvrir des voies d’amélioration selon deux stratégies : augmenter la charge utile en électrons au moment de l’injection, ce qui aura un impact direct sur la qualité du faisceau d’électrons, et permettre à ces mêmes électrons d’atteindre de hautes énergies en les soumettant le plus longtemps possible aux champs accélérateurs.
L’originalité du travail de Kosta Oubrerie consistait à explorer simultanément ces deux axes d’amélioration grâce d’une part aux tests de différents modèles de buses d’injection, et d’autre part à un système de guidage ayant recours à des axiparaboles. Ces optiques asphériques réfléchissantes permettent notamment de produire un plasma ayant un profil de densité agissant comme une lentille convergente, limitant ainsi la diffraction.
Les membres du jury ont unanimement salué la grande qualité de ce travail expérimental, et estimé qu’il s’agissait d’un travail de référence sur l’utilisation des axiparaboles.
Ces travaux sont aussi un jalon important dans le cadre du projet de Centre d’accélération laser-plasma LAPLACE.
Structuré autour du Laboratoire d’optique appliquée (ENSTA Paris, École Polytechnique, CNRS - Centre national de la recherche scientifique) avec le soutien du Synchrotron SOLEIL, de Thales et de l’Institut Curie, LAPLACE est un ambitieux projet scientifique et technologique de l'Institut Polytechnique de Paris. Il est destiné à renforcer le leadership français dans le domaine de l'accélération de particules par laser, avec en perspective de nombreuses applications académiques, sociétales et industrielles : physique de l’interaction laser-matière, contrôle non destructif, radiobiologie pour le traitement de tumeurs cancéreuses pour n’en citer que quelques-unes.
Référence : thèse de Kosta Oubrerie défendue le 5 janvier 2022 : « Amélioration de l'efficacité des accélérateurs laser-plasma »
Jury :
M. Stéphane SEBBAN LOA, CNRS Directeur de thèse
M. Cédric THAURY LOA, CNRS Co-encadrant de thèse
M. Nicolas DELERUE LAL, CNRS Rapporteur
M. Fabien DORCHIES CELIA, CNRS Rapporteur
M. Xavier DAVOINE CEA Examinateur
M. François LÉGARÉ ALLS, INRS Examinateur
M. Sébastien LE PAPE LULI, CNRS Examinateur