Exploration de la dynamique de dépôt d'énergie aux temps courts d'électrons accélérés par laser dans le cadre de l'effet Flash en radiothérapie // Exploration of the dynamics of energy deposition on short time scale of laser-driven electron sources in the

L'objectif du projet de thèse est d'analyser les processus physico-chimiques consécutifs aux débits de dose extrêmes que l'on peut obtenir maintenant dans l'eau avec les impulsions ultra-brèves (fs) d'électrons relativistes accélérés par laser. En effet, des premières mesures montrent que ces processus ne sont probablement pas équivalents à ceux obtenus avec des impulsions plus longues (μs) dans l'effet FLASH utilisé en radiothérapie. Pour y arriver, nous proposons d'analyser la dynamique de formation/recombinaison de l'électron hydraté, espèce emblématique de la radiolyse de l'eau pour qualifier et quantifier l'effet de débit de dose sur des temps de plus en plus courts. Ceci pourra se faire en trois étapes en accompagnement de la progression technologique nécessaire et maintenant accessible, pour avoir une dose par impulsion suffisante pour détecter directement l'électron hydraté. D'abord, avec l'installation existante UHI100 en utilisant la capture de l'électron hydraté en produisant une espèce stable ; puis en produisant une espèce moins stable mais détectable en temps réel et en augmentant le taux de répétition de l'accélérateur laser-plasma.
Enfin, en explorant différentes sources d'électrons pilotées par laser (à partir de cible gazeuse ou solide ou concept innovant) nous tenterons d'optimiser la dose par impulsion, le but ultime sera de développer une détection pompe-sonde permettant d'accéder aux temps les plus courts, et à la formation dans les grappes d'ionisation, de l'électron hydraté et en mesurant son rendement initial.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

The objective of the thesis project is to analyze the physicochemical processes resulting from extreme dose rates that can now be obtained in water with ultra-short (fs) laser-driven electron pulses. Indeed, first measurements show that these processes are probably not equivalent to those obtained with longer pulses (μs) in the FLASH effect used in radiotherapy. To achieve this, we propose to analyze the formation/recombination dynamics of the hydrated electron, an emblematic species of water radiolysis, to qualify and quantify the dose rate effect over shorter periods of time. This can be done in three steps in support of the technological progression necessary and now accessible, to have a sufficient dose per pulse to directly detect the hydrated electron.
First, with the existing UHI100 facility using the capture of the hydrated electron by producing a stable species; then producing a less stable species but detectable in real time and by increasing the repetition rate of the laser-plasma accelerator.
Finally, by exploring different laser-driven electron sources (from gaseous target or solid or innovative concept) we will try to optimise the dose per pulse, the ultimate goal will be to develop a pump-probe experiment, allowing accessing to the shortest times, and to formation in ionization clusters, of the hydrated electron and measuring its initial yield.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Début de la thèse : 01/10/2025

Contrats ED : Programme blanc GS-Physique

Université Paris-Saclay GS Physique

572 Ondes et Matière

physique des plasmas
plasma physics