Thèse Dynamique de Faisceau pour un Accélérateur Laser-Plasma Multi-Étages H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Le ou la candidat.e retenu.e doit être titulaire d'un diplôme d'ingénieur ou d'un Master (ou équivalent) en physique des plasmas, physique des accélérateurs, ou dans un domaine étroitement lié. Une solide formation en modélisation analytique, méthodes numériques et simulation computationnelle est attendue. Le candidat doit démontrer une pensée rigoureuse et analytique, ainsi que la capacité de travailler de manière autonome tout en collaborant efficacement au sein d'une équipe de recherche multidisciplinaire. D'excellentes compétences en communication sont requises pour présenter les résultats lors de conférences internationales et préparer des publications scientifiques et rapports techniques.

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique École doctorale : Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Image, Cosmos et Simulation Laboratoire de recherche : DRF-Institut de Recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu) Direction de la thèse : Nicolas CHAUVIN ORCID 0009000026459555 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-10-01T23:59:59 Les accélérateurs à champ de sillage sillage laser-plasma (LWFA, pour Laser-plasma WakeField Accelerators) sont capables de fournir des gradients d'accélération élevés (dépassant 100 GV/m), offrant ainsi une voie prometteuse pour réduire la taille et le coût des futurs accélérateurs haute énergie. Ils représentent donc une alternative pour produire des faisceaux d'électrons destinés à des applications en physique des hautes énergies, rayonnement synchrotron, lasers à électrons libres, production de muons, ainsi qu'à des applications médicales émergentes (comme la thérapie FLASH) et industrielles.
Bien que les accélérateurs laser-plasma aient déjà démontré un potentiel prometteur, le changement d'échelle pour des énergies et des charges de faisceau plus élevées reste un défi majeur. Atteindre cet objectif nécessite à la fois une maturité technologique accrue et le développement de schémas d'accélération innovants. Parmi ceux-ci, les configurations multi-étages - dans lesquelles plusieurs étages d'accélération plasma sont connectés - offrent deux avantages principaux :
i) Augmenter l'énergie globale du faisceau au-delà des limites d'une seule cellule plasma ;
ii) Améliorer la charge totale et/ou la cadence de répétition en combinant les faisceaux de plusieurs étages.

Ces systèmes avancés visent à surmonter les limitations intrinsèques des accélérateurs mono-étage, tout en maintenant, voire en améliorant, la qualité du faisceau à plus haute énergie.
La conception d'un accélérateur capable de fournir un faisceau stable, reproductible et de haute qualité aux utilisateurs nécessite une compréhension approfondie à la fois de la physique de l'accélération plasma et des mécanismes de transport du faisceau entre les étages successifs.
S'appuyant sur l'expertise et les activités de recherche développées ces dernières années au Département des Accélérateurs, de la Cryogénie et du Magnétisme (DACM) du CEA Paris-Saclay, cette thèse se concentrera sur les études physiques et numériques nécessaires pour proposer une conception entièrement intégrée d'un LWFA multi-étages. Une attention particulière sera portée à l'optimisation de tous les composants de l'accélérateur, y compris les sections d'accélération plasma et les lignes de transport de faisceau, dans le but de préserver la qualité du faisceau (en termes de taille transverse, divergence, émittance et dispersion en énergie).
Le ou la candidat·e utilisera et couplera plusieurs codes de simulation numérique dédiés pour modéliser les différentes étapes d'accélération et de transport. Par ailleurs, des techniques d'optimisation basées sur l'apprentissage automatique pourront être explorées afin d'améliorer l'efficacité et les performances de la conception.
La thèse sera réalisée au CEA-Irfu (Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers), situé sur le campus de recherche du CEA Paris-Saclay. Le travail se déroulera au sein du Département des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme (DACM), qui possède une expertise reconnue dans la conception et l'exploitation de systèmes d'accélérateurs avancés pour la recherche fondamentale et les technologies appliquées.