Spectroscopie X de plasmas hors équilibre thermodynamique.
Résumé
The subject of this thesis is in the general context of the study radiative properties of hot plasmas. The state "plasma" is the fourth state of matter, following in the temperature scale statements "conventional" solid, liquid and gas. It is a diluted form consists of charged particles-electrons and positive ions, in proportion as the environment is broadly neutral. Plasmas represent significant percentages of our environment. Present mainly in the universe are found in objects astrophysical such as stars, or planetary atmospheres for some examples. Until the 50s, the study of plasmas created in the lab was limited to the discharge in gases. It was then dealing with partially ionized plasmas, where a large proportion of atoms constituting the gas remained in a bound state. In addition, contributions to the understanding of basic physical phenomena of this state of matter were mainly astrophysicists and geophysicists. The rise plasma physics today actually begins with research associated with inertial confinement fusion (ICF), proposed for first time by Dawson in 1964. In this scheme, a target DT (Deuterium-tritium) is heated and compressed to ignition by laser power (direct attack) or X-rays generated in a cavity material of high atomic number Z heated by lasers (attack indirect). This quest for fusion is mainly responsible for the development of lasers that are demanding more and more power. Created by and heated by laser radiation, hot plasmas emit in a wide range of the electromagnetic spectrum: from radio-electric radiation X-radiation The radiative emission laboratory plasmas is a true indicator of their density, temperature and their state of ionization. Thus, the study of these plasmas is involves many fields such as atomic physics, physics Statistically, the hydrodynamic equations and finally the equations of radiative transfer. Multiple applications are coming in search of motivation plasmas created by laser, to the wide range of density-temperature available in the laboratory. It may for example include microscopy and X lithography. In addition, the development of powerful lasers delivering 2 ultra-short pulses (≤ 1 ps) in the range of terawatt opened the door to new avenues of research. In these areas of strength relativistic (10 20 W/cm2), we can accelerate intense beams of electrons and high energy ions. In these schemes, the laser-matter interaction sources can produce intense, short X-ray, and γ neutrons, which suggests promising applications in the medical field, particularly for the treatment of tumors.
Le sujet de ce mémoire s'inscrit dans le contexte général de l'étude des propriétés radiatives des plasmas chauds. L'état « plasma » constitue le quatrième état de la matière, faisant suite dans l'échelle des températures aux états dits « classiques » : solide, liquide et gaz. Il s'agit d'un état dilué constitué de particules chargées -électrons et ions positifs- en proportion telle que le milieu est globalement neutre. Les plasmas représentent un pourcentage non-négligeable de notre environnement. Présents majoritairement dans l'Univers, on les retrouve dans les objets astrophysiques tels que les étoiles, ou encore les atmosphères planétaires pour citer quelques exemples. Jusque vers les années 50, l'étude des plasmas créés en laboratoire était limitée à celle des décharges dans les gaz. On avait alors affaire à des plasmas partiellement ionisés, où une proportion importante des atomes constituant le gaz restait dans un état lié. De plus, les contributions à la compréhension des phénomènes physiques de base de cet état de la matière venaient essentiellement des astrophysiciens et des géophysiciens. L'essor de la physique des plasmas actuelle commence en fait avec les recherches associées à la fusion par confinement inertiel (FCI), proposées pour la première fois par Dawson en 1964. Dans ce schéma, une cible de DT (deutérium-tritium) est chauffée et comprimée jusqu'à l'ignition par des lasers de puissance (attaque directe) ou par rayons X, générés dans une cavité de matériau de numéro atomique Z élevé chauffée par lasers (attaque indirecte). Cette quête de la fusion est donc majoritairement à l'origine de l'essor des lasers dont on exige de plus en plus de puissance. Créés par et chauffés par rayonnement laser, les plasmas chauds émettent dans une large gamme du spectre électromagnétique : du rayonnement radio-électrique au rayonnement X. L'émission radiative des plasmas de laboratoire constitue un véritable indicateur de leur densité, température et de leur état d'ionisation. Ainsi, l'étude de ces plasmas fait intervenir de nombreux domaines tels que la physique atomique, la physique statistique, les équations hydrodynamiques et enfin les équations du transfert radiatif. De multiples applications sont venues motiver la recherche des plasmas créés par laser, vue la large gamme de densité-température accessible en laboratoire. On peut par exemple citer la microscopie X et la lithographie. De plus, le développement des lasers de puissance délivrant 2 des impulsions ultra-brèves (≤1 ps) dans la gamme du térawatt a ouvert la voie à de nouveaux axes de recherche. Dans ces domaines d'intensité relativiste (10 20 W/cm2), on peut accélérer des faisceaux intenses d'électrons et d'ions de forte énergie. Dans ces régimes, l'interaction laser-matière permet de produire des sources intenses et brèves de rayons X, γ et de neutrons, ce qui laisse présager des applications prometteuses dans le domaine médical, notamment pour le traitement des tumeurs.