Dynamique de faisceau pour un accélérateur laser-plasma multi-étages // Beam dynamics for a multi-stage laser-plasma accelerator

Les accélérateurs laser-plasma à champs de sillage (LWFAs) peuvent produire des gradients d'accélération supérieurs à 100 GV/m, ouvrant la voie à la réduction de la taille et du coût des futurs accélérateurs haute énergie pour des applications en rayonnement synchrotron, lasers à électrons libres, ainsi que des applications médicales et industrielles émergentes.
L’augmentation de l’énergie et de la charge du faisceau nécessite à la fois une maturité technologique et des schémas d'accélération innovants. Les configurations multi-étages — connectant plusieurs étages d'accélération plasma — offrent des avantages clés : augmenter l'énergie du faisceau au-delà des limites d'une cellule unique et améliorer la charge totale et/ou la cadence de répétition. Ces systèmes visent à surmonter les limitations des accélérateurs mono-étage tout en maintenant ou améliorant la qualité du faisceau à plus hautes énergies.
Concevoir un accélérateur délivrant des faisceaux stables, reproductibles et de haute qualité nécessite une compréhension approfondie de la physique de l'accélération plasma et du transport de faisceau entre les étages successifs.
S'appuyant sur l'expertise du DACM du CEA Paris-Saclay, cette thèse se concentrera sur les études physiques et numériques nécessaires pour proposer une conception intégrée d'un LWFA multi-étages, avec une attention particulière à l'optimisation de tous les composants —cellule plasma et lignes de transport — afin de préserver la qualité du faisceau en termes de taille transverse, divergence, émittance et dispersion en énergie.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Laser–plasma wakefield accelerators (LWFAs) can provide accelerating gradients exceeding 100 GV/m, providing a pathway to reduce the size and cost of future high-energy accelerators for applications in synchrotron radiation, free-electron lasers, and emerging medical and industrial uses.
Scaling this technology to higher beam energies and charges requires both technological maturity and innovative acceleration schemes. Multi-stage configurations — connecting several plasma acceleration stages — offer key advantages: increasing beam energy beyond single-cell limits and enhancing total charge and/or repetition rate. These systems aim to overcome single-stage limitations while maintaining or improving beam quality at higher energies.
Designing an accelerator delivering stable, reproducible, high-quality beams requires comprehensive understanding of plasma acceleration physics and beam transport between successive stages.
Building on expertise at CEA Paris–Saclay's DACM, this PhD will focus on physical and numerical studies to propose a fully integrated multi-stage LWFA design, with particular attention to optimizing all components — plasma accelerating section and transport lines — to preserve beam quality in terms of transverse size, divergence, emittance, and energy spread.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Département des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme
Laboratoire : Laboratoire d’Etudes et de Développements pour les Accélérateurs
Date de début souhaitée : 01-10-2026
Ecole doctorale : PHENIICS (PHENIICS)
URL : https://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=295

Financement public/privé

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Département des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme

Ecole d'ingénieur ou master en physique des accélérateur ou des plasmas