Book © 2022 ISBN: 978-3-030-98419-9 DOI:10.1007/978-3-030-98419-9

Theoretical Treatment of Electron Emission and Related Phenomena

Ce livre se veut une introduction à la physique qui gouverne l’émission électronique sous fort champ et à haute température. Il présente les approches récentes en modélisation numérique et les développements avancés et constitue une ressource importante pour les étudiants en Master et les doctorants désireux d’approfondir l’émission de champ, la tenue des dispositifs à haute tension, l’irradiation des surfaces par laser, le claquage sous vide, mais aussi pour des chercheurs et industriels dans le domaine des accélérateurs ou la physique du solide, avec un intérêt pour ces phénomènes de surface.

Authors and Affiliations:

LPGP, University Paris-Saclay, Orsay, France
Benjamin Seznec, Tiberiu Minea, Gilles Maynard

GeePs, CentraleSupelec of University Paris-Saclay, Gif-sur-Yvette Cedex, France
Philippe Dessante, Philippe Teste

L’interaction d’un laser intense et de courte durée d’impulsion avec un plasma produit des faisceaux d’électrons relativistes. L’avantage principal de ce mécanisme de sillage plasma est qu’il permet d’atteindre des champs accélérateurs 1000 fois plus intenses que dans les accélérateurs conventionnels qui fonctionnent dans le vide tels que par exemple les accélérateurs de particules du CERN. L’accélération par sillage laser plasma a déjà permis d’obtenir de nombreux résultats, y compris l’accélération de faisceaux d’électrons d’énergies élevées (jusqu’à une dizaine de GeV) ou de fortes charges, mais l’obtention de faisceaux d’électrons de qualité semblable à ceux des accélérateurs conventionnels reste un défi. Sa résolution passe par une meilleure compréhension de l’interaction laser plasma pour mieux contrôler les processus d’accélération.

Dans cet article l’influence de trois paramètres sur la qualité du faisceau d’électrons est présentée : la longueur de la transition entre le plasma et le vide, la position du plan de focalisation du faisceau laser dans le plasma, et la distribution d’énergie du laser dans le volume focal. La variation expérimentale de ces paramètres permet de contrôler l’énergie et la charge du faisceau d’électrons ainsi que sa position en sortie du plasma. L’origine physique de ces effets a été analysée à l’aide de simulations numériques particulaires utilisant une description réaliste des paramètres du laser et du plasma, et permettant d’obtenir un très bon accord avec les résultats expérimentaux.

Retombées principales de ces travaux :

L’utilisation d’une description réaliste du laser est très importante pour obtenir un bon accord avec les résultats expérimentaux et ouvre la voie à une meilleure compréhension des mécanismes physiques qui contrôlent les processus explorés. La connaissance approfondie de la dynamique des électrons au cours de l’accélération dans le plasma fournit un moyen de contrôle du pointé du faisceau d’électrons en sortie du plasma, ce qui est essentiel pour l’utilisation du faisceau pour des applications.