Doctorant en physique des accélérateurs et photonique (H/F)

Sujet de thèse :
Accélérations et manipulations de faisceau d’électrons ultra-courts par des ondes optiques dans des guides d’onde diélectriques.
Physique des accélérateurs de particules Photonique/laser.

Les accélérateurs basés sur des lasers, comme les accélérateurs à guide d'ondes diélectriques et laser-plasma, offrent des performances inégalées pour des applications innovantes. Cependant, l’interaction entre les particules et l’onde se propageant dans le milieu est limitée à quelques centimètres contrairement aux accélérateurs Radiofréquence (RF) conventionnels. La gestion de plusieurs étages d’accélération est une solution pour surmonter cette contrainte, nécessitant une expertise en propagation d’ondes optiques et en transport de faisceaux ultra-courts. Les études réalisées pendant la thèse permettront de connaitre les conditions pour concevoir un accélérateur hybride combinant l’accélération par laser et l’accélération RF, en optimisant le transport des électrons. Il s’appuiera sur des outils de modélisation avancés et des validations expérimentales sur des prototypes comme TWAC à IJCLab, ouvrant la voie à un futur schéma multiétage réaliste.
Les accélérateurs sont utilisés dans divers domaines, de la physique fondamentale à l'industrie et aux applications médicales. Dans les accélérateurs conventionnels, les particules chargées sont accélérées par un champ électromagnétique RF se propageant dans des guides d'ondes à une vitesse proche de celle de la lumière. Tant qu'elles restent synchronisées avec l'onde, elles gagnent en énergie, à l'image d'un surfeur sur une vague. Bien que la technologie RF ait atteint une grande fiabilité, elle est limitée par des effets de claquage, restreignant le champ d’accélération à environ 100 MeV/m (en bande X, 10-30 GHz). Pour dépasser ces limites, des techniques d’accélération innovantes sont explorées. L'accélération laser- plasma (LPA) et laser diélectrique (DLA) sont des alternatives prometteuses pour les futurs accélérateurs. Elles permettent de miniaturiser les structures jusqu’au centimètre tout en augmentant le gain d’énergie. Cette compacité favorise leur application en science, médecine (radiothérapie) et industrie, tout en réduisant les coûts d’infrastructure. L’accélération par laser-plasma atteint des gradients de plusieurs dizaines de GeV/m, bien au-delà des 100 MeV/m des accélérateurs RF. Une avancée majeure a démontré une accélération d’électrons jusqu’à 10 GeV sur 20 cm confirmant son efficacité pour des accélérations à haut gradient. Ces faisceaux réduisent l’empreinte des machines et produisent des paquets ultra-courts, mais au prix d’une stabilité moindre et d’une qualité de faisceau inférieure, avec une forte dispersion en énergie et une plus grande divergence.
L'accélération diélectrique proposée par le projet exploratoire TWAC EIC Pathfinder promet de relever le défi de surmonter ces inconvénients de stabilité et de qualité de faisce
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