Manipulation de faisceau de particules pour les nouvelles générations d'accélérateurs compacts multi-étages // Relativistic electron beam manipulation for the new generation of multi-stage compact accelerators

Avec leurs champs accélérateurs sans précédent, les accélérateurs de particules compacts basés sur des lasers, tels que les accélérateurs à guide d'ondes diélectriques et laser-plasma (DWA/LPA), suscitent un vif intérêt pour des applications révolutionnaires. Cependant, malgré une accélération sur des distances extrêmement courtes, les propriétés et la stabilité des faisceaux d'électrons de ces nouvelles sources restent un obstacle au développement de cette technologie avancée. Un point crucial concerne la capacité à gérer plusieurs étapes d'accélération, car une seule étape est souvent limitée en longueur d'interaction à quelques centimètres, en raison du déphasage entre l'onde accélératrice et les électrons.
L'objectif de ce projet est de proposer une nouvelle approche de l'accélération multi-étage pour concevoir un accélérateur hybride, basé sur des techniques d'accélération innovantes comme l'accélération par guide d'ondes diélectriques et/ou laser-plasma, combinées avec une source d'électrons radiofréquence conventionnelle. Ce projet vise à manipuler le faisceau d'électrons à travers une cascade de champs accélérateurs de différentes périodes pour répondre aux exigences de dispersion en énergie et de durée des paquets pour une injection dans un étage LPA. Ce projet se concentrera sur la modélisation théorique et numérique nécessaire à la conception et proposera de nouveaux outils pour modéliser l'interaction des particules chargées avec des champs accélérateurs de différentes échelles, allant des fréquences radio jusqu'au domaine optique.
Les résultats de ce projet permettront à long terme de réaliser ce type d'accélérateurs multi-étages. Des observations expérimentales pourront être obtenues sur des prototypes d'accélérateurs compacts en France, tel que TWAC à IJCLab et permettront de valider et de soutenir des études de conception.
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With their unprecedented accelerator fields, compact particle accelerators based on lasers, such as dielectric waveguide and laser-plasma accelerators (DWA/LPA), are generating strong interest for revolutionary applications. However, despite acceleration over extremely short distances, the properties and stability of the electron beams from these new sources remain a barrier to the development of this advanced technology. One crucial aspect concerns the ability to manage multiple acceleration stages, as a single stage is often limited in interaction length to just a few centimeters due to the phase mismatch between the accelerating wave and the electrons.
The goal of this project is to propose a new approach to multi-stage acceleration to design a hybrid accelerator, based on innovative acceleration techniques such as dielectric waveguide and/or laser-plasma acceleration, combined with a conventional radiofrequency electron source. This project aims to manipulate the electron beam through a cascade of accelerator fields with different periods to meet the energy spread and pulse duration requirements for injection into an LPA stage. The project will focus on the theoretical and numerical modeling required for the design and will propose new tools for modeling the interaction of charged particles with accelerating fields across different scales, ranging from radio frequencies to the optical domain. The long-term results of this project will make it possible to realize such multi-stage accelerators. Experimental observations will be possible on compact accelerator prototypes in France, such as TWAC at IJCLab, and will help validate and support design studies.
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Début de la thèse : 01/10/2025
WEB : https://twac.ijclab.in2p3.fr/

Financement d'un établissement public Français

Université de Lille

104 Sciences de la Matière du Rayonnement et de l'Environnement

Le poste s'adresse à des candidat.e.s ayant un fort intérêt pour la théorie et les simulations numériques ainsi que pour la comparaison entre simulation et expérimentation et l'analyse de données. Le/la candidat.e doit être titulaire d'un master en physique, en ingénierie ou dans une discipline connexe. D'autres critères essentiels pour ce poste sont une bonne connaissance d'un langage de programmation tel que Python. Des connaissances en optique et/ou photonique constituent un atout précieux, non obligatoire. Le/la candidat.e doit avoir une attitude très positive à l'égard du travail en équipe. Enfin, la maîtrise de l'anglais parlé et écrit est indispensable.
The position is intended for candidate with strong interest for theory and numerical simulations and also for comparison between simulation and experimentation as well as data analysis. Candidates must hold a master degree in Physics, Engineering or in a related discipline. Other essential criteria for this post are a sound knowledge of programming language such as Python. Knowledge in optics and/or photonics is a valuable benefit, noncompulsory. Candidates must have a very positive attitude to working in a team. Finally, fluency in spoken and written English is a requirement.