Experimental Study of Ion Stopping Power in Warm Dense Matter: Charge-state Distribution Measurements of Ions Leaving Warm Dense Matter
Etude expérimentale du pouvoir d'arrêt des ions dans la matière tiède et dense: mesure de la distribution des états de charges d'un faisceau d'ions émergeant de la matière tiède et dense
Résumé
The determination if the ion slowing down process (or stopping power) in warm dense matter is essential especially in the frame of inertial confinement fusion. During my thesis, our interest was driven by the modification of the charge state of ion beam emerging from warm dense matter, this quantity playing a major role in ion stopping power calculation. We took advantage of the properties exhibited by ion beams produced by high intensity short pulse lasers to study during two experiments performed at ELFIE and TITAN facilities, the charge state modification of a carbon and helium ion beams emerging from an aluminum foil isochorically heated by an energetic proton beam. In the first two chapters are presented the major challenges regarding the subject from both a theoretical and experimental point of view. Here are exposed the different simulation tools used during the thesis. The third chapter is devoted to the study of the property of laser-produced ion beams in the scope of our experiments aiming at studying the stopping power. We have studied in particular ion beams generated using lower-than-solid density targets during two experiments: helium gas jet and laser-exploded target. In the last chapter are presented the set-ups and results of the two experiments on the charge state of ion beam emerging from warm dense matter. The data we measured in solid-density cold aluminum are successfully compared with the results already obtained in conventional accelerators.
La détermination du ralentissement des ions (ou pouvoir d'arrêt) dans la matière tiède et dense est un enjeu fondamental notamment dans le cadre de la fusion par confinement inertiel. Au cours de mon travail de thèse, nous nous sommes intéressés à la modification de l'état de charge d'un faisceau d'ions après sa traversée dans la matière tiède et dense, cette quantité jouant un rôle important dans le calcul du pouvoir d'arrêt. Nous avons tiré partie des propriétés bien connues des faisceaux d'ions générés par laser intense à impulsion courte pour étudier au cours de deux expériences réalisée sur les installations ELFIE et TITAN l'évolution de l'état de charge d'un faisceau d'ions carbones et hélium après traversée d'une cible d'aluminium chauffée de manière isochore par un faisceau de protons énergétique. Les deux premiers chapitres présentent les enjeux du sujet à la fois d'un point de vu théorique et expérimental - y sont présentés les différents outils de simulations utilisés au cours de l'étude. Le troisième chapitre est consacré à l'étude des propriétés des faisceaux d'ions générés par lasers dans l'optique de nos expériences pour étudier le pouvoir d'arrêt. Nous avons notamment étudiés au cours de deux expériences les faisceaux d'ions produits en utilisant des cibles à densité inférieur à celle du solide. Dans le dernier chapitre sont présentées les montages et résultats des deux expériences sur l'état de charge d'un faisceau d'ions après sa traversée dans la matière tiède et dense. Les données dans la matière froide obtenues au cours de nos expériences sont confrontées avec succès aux résultats antérieurs recueillis sur des accélérateurs conventionnels.