Proton beam generated by interaction of ultra short laser with solid target. - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2007

Proton beam generated by interaction of ultra short laser with solid target.

Faisceau de protons générés par l'interaction d'un laser ultra court avec une cible solide.

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Abstract

Laser induced proton generation knew an exponential development these last few years, mainly du to powerfull laser improvments associated to a clear decrease of dimension and cost of such facilities. Applications of such proton beam take place in different topics, either in medical purposes (protontherapy, isotope generation for PET...) than civilian topics (inertiel fusion, fast ignitor...). Interaction of a 1019 W=cm2 short pulse laser beam with a solid target permit to accelerate or generate different kind of particles, such as electrons, protons, ions or x rays. The main interest of my thesis is to characterize proton beam generated by the laser (in term of divergence, spectrum, energy, reproducibility,...) with regards to laser parameters, in order to optimize the laser energy 3 conversion into energetic protons, for, in longer term purpose, an eventually use in protontherapy cancer treatments. This topics drove us, as a first step, to develop diagnostic well adapted to real time proton detection. Moreover, as a second step, to open a discussion on laser parameters of interest involved in proton beam generation. Maximum energy reached with short pulse interaction is up to 10 MeV (LOA), using longer pulses (and more laser energy), record is up to 58 MeV (LNL). These results are very promising for future, but still far from the range 70 - 200 MeV needed for protontherapy cancer treatment purposes.
L'accélération de protons par laser a connu une expansion exponentielle ces dernières années principalement grâce à une amélioration des lasers de puissance associée à une diminution de la taille et du coût de telles installations. Les applications envisagées de ces faisceaux sont nombreuses, tant dans le domaine médical (proton thérapie, création d'isotopes pour la TEP...) que dans le domaine énergétique (fusion inertielle, allumeur rapide...). L'interaction entre un faisceau laser intense et une cible solide permet de générer différents types de rayonnement ionisant, notamment des électrons, ions, neutrons, rayons X et protons. L'intérêt de ma thèse est de caractériser les faisceaux de protons produits par laser (divergence, energie, spectre, stabilité...) en fonction des différents paramètres laser, afin d'optimiser la conversion de l'énergie laser en protons énergétiques, pour, à plus long terme, une utilisation éventuelle de ce faisceau lors de traitements en proton thérapie. Ceci nous a amené, dans un premier temps, à développer des diagnostics adaptés pour une détection en temps réel du faisceau de protons puis, dans un deuxième temps, à ouvrir une discussion sur les paramètres laser d'intérêt intervenant dans la génération du faisceau de protons. L'énergie maximale des protons atteinte avec des impulsions courtes est de 10 MeV (LOA), en utilisant des impulsions plus longues (et plus d'énergie laser), le record est de 58 MeV (LNL). Ces résultats sont prometteurs et encourageants pour l'avenir, mais encore bien loin de la gamme 70 - 200 MeV nécessaire pour des traitements en proton thérapie.
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Dates and versions

pastel-00003039 , version 1 (23-07-2010)

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  • HAL Id : pastel-00003039 , version 1

Cite

Alain Guemnie-Tafo. Faisceau de protons générés par l'interaction d'un laser ultra court avec une cible solide.. Optique [physics.optics]. Ecole Polytechnique X, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00003039⟩
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