Thesis (Ph. D.)--University of Texas at Austin, 2006. / Vita. Includes bibliographical references.

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 1999. / Vita. Includes bibliographical references (p. [141]-152).

Ce manuscrit de thèse décrit le développement d'un faisceau d'électrons intense et bref qui s'insère dans le cadre de la recherche sur les propriétés nucléaires de la matière au sein des plasmas chauds et denses. Afin d'obtenir un tel faisceau, une nouvelle source a été imaginée, dont le principe est basé sur l'extraction des électrons d'un plasma produit par une impulsion laser intense. La caractérisation du plasma produit par laser lors de son expansion fait l'objet d'une première partie expérimentale de ce manuscrit. Ensuite, une différence de potentiel électrique de l'ordre de quelques kV appliquée sur le plasma lors de son expansion montre que l'extraction des électrons est un processus dynamique. Ces observations expérimentales sont validées par des études numériques à l'aide du code de simulation Particle-In-Cell "XOOPIC". Enfin, les distributions en surface et en énergie des électrons extraits du plasma sont déterminées expérimentalement et numériquement tout au long de l'expansion du plasma, ce qui fait l'objet d'une ultime partie de ce manuscrit. Pour cela, un détecteur de type Faraday Cup est utilisé. Une analyse de l'intensité d'émission du courant d'électrons via un modèle numérique met en évidence la présence d'un pré-plasma fournissant un champ électrique extracteur supplémentaire. / This Ph.D thesis describes the development of an intense and brief electron beam and forms part of the research on the nuclear properties of matter in hot and dense plasmas. In order to obtain such a beam, a new source has been created, the principle is based on the extraction of electrons from a plasma produced by an intense laser pulse. The characterization of the laser-produced plasma during its expansion is the subject of a first experimental part of this thesis. Then, an electrical potential of the order of a few kV applied to the plasma during its expansion shows that the extraction of the electrons is a dynamic process. These experimental observations are validated by numerical studies using Particle-In-Cell simulation code "XOOPIC". Finally, the surface and energy distributions of the electrons extracted from the plasma are determined experimentally and numerically throughout the plasma expansion, which is the final part of this thesis. For this, a Faraday Cup type detector is used. An analysis of the emission intensity of the electron current with a numerical model shows the presence of a pre-plasma providing an additional extracting electric field.

Ce travail, à la fois expérimental et théorique, présente l’étude d’un processus d’excitation nucléaire, appelé NEET (Nuclear Excitation by Electron Transition), faisant intervenir un cou-plage entre le noyau et le cortège électronique. Dans celui-ci, une désexcitation électronique peut induire une excitation nucléaire si les transitions nucléaire et atomique sont résonantes et ont la même multipolarité. Le noyau de84Rbest un bon candidat pour mettre en évidence ce processus dans un plasma créé par laser car il possède une transition de basse énergie (environ 3 keV) entre l’état isomérique (Jπ= 6−,T1/2= 20,26min) et l’état Jπ= 5−(T1/2= 9ns). Afin d’évaluer un taux d’excitation par effet NEET, il est nécessaire de décrire les états atomiques dans un plasma et de caractériser précisément la transition nucléaire.Afin d’obtenir une description précise des états atomiques dans un plasma, une méthode de calcul de structure atomique a été développée. Cette méthode est basée sur le code de physique atomique MCDF (Multi-Configuration Dirac-Fock) et emploie une technique de sélection des configurations électroniques les plus probables en tenant compte des propriétés du plasma. Cette méthode de calcul a été validée par l’interprétation d’un spectre X émis par un plasma de Rb produit avec le laser PHELIX du GSI à une intensité de6×1014W/cm2.L’énergie de la transition nucléaire entre les états6−et5−n’était pas connue avec une précision suffisante (∼200eV) pour une évaluation précise du taux d’excitation par effet NEET.Deux expériences de spectroscopie γ ont alors été réalisées auprès des accélérateurs ELSA duCEA/DAM/DIF et Tandem de l’IPN d’Orsay. Elles ont permis d’améliorer de plus d’un ordre de grandeur la précision sur l’énergie de cette transition.A l’issue de ce travail, une évaluation du taux d’excitation par effet NEET dans un plasma a été réalisée afin de dimensionner une expérience. D’après celle-ci, le plasma doit avoir une température suffisamment élevée (de l’ordre de 400 eV) afin d’obtenir un nombre d’isomères excités suffisant pour être détectés. / This experimental and theoretical work deals with the Nuclear Excitation by Electron Tran-sition (NEET) process which involves a coupling between the nucleus and its electron cloud. In this process, an electron de-excitation can induce a nuclear excitation if the atomic and nuclear transitions are resonant and have the same multipolarity. This process could be observed in a laser created plasma of 84Rb because this nucleus has a low energy transition (around 3 keV) between the isomeric state (Jπ= 6−,T1/2= 20,26m) and theJπ= 5−(T1/2= 9ns) state. To evaluate a NEET excitation rate, the atomic states in plasma must be described and the nuclear transition must be precisely characterised.To describe the atomic states in plasma, a method based on a MCDF (Multi-ConfigurationDirac-Fock) code was developed. This one uses a procedure to select the most probable atomic configurations according to the plasma properties. This method was checked by the interpretation of a X-rays spectrum emitted by a Rb plasma. This plasma was produced by the PHELIXlaser of the GSI laboratory at an intensity of6×1014W/cm2.The energy of the nuclear transition between the states6−and5−was not accurate enough for the NEET rate evaluation. Twoγ-rays spectroscopy experiments were conducted at the ELSA accelerator from CEA/DAM/DIF and at the Tandem accelerator from the Orsay laboratory. The accuracy of the nuclear transition energy was improved of more than one order of magnitude. In this work, the NEET rate was evaluated to predict an experiment. The Rb plasma must have a high temperature (around 400 eV) to obtain a sufficient number of excited isomers and therefore to make possible the detection.

>Magister Scientiae - MSc / Electron-mediated nuclear plasma interactions (NPIs), such as Nuclear Excitation by Electron Capture (NEEC) or Transition (NEET), can have a signi cant impact on nuclear cross sections in High Energy Density Plasmas (HEDPs). HEDP environments are found in nuclear weapons tests, National Ignition Facility (NIF) shots and in the cosmos where nucleosynthesis takes place. This thesis explores the impact of NPIs on highly excited nuclei. This impact is understood to be more intense in highly-excited nuclei states in the quasi-contiuum which is populated by nuclear reactions prior to their decay by spontaneous -ray emission. Attempts thus far have failed in measuring the NEEC process [1, 2], while NEET process has been observed experimentally [3, 4]. Direct observation of NPIs is hindered by the lack of a clear signature of their effect in HEDP environments. Hence this should test a new signature [5] for NPIs for highly-excited nuclei by investigating isomeric to ground state feeding from the isomeric state. An experiment was performed using the reactions 197Au(13C, 12C)198Au and 197Au(13C, 12C2n)196Au at Lawrence Berkeley National Laboratory in inverse kinematics with an 197Au beam of 8.5 MeV/u energy. Several measurements were performed with different target configurations. The activated foils were counted at the low-background counting facility of Lawrence Livermore National Laboratory. From these data, the double isomeric to ground state ratio (DIGS) were extracted with the assistance of the decay equations that were included in the experiment. As the NPIs effects are rather small the lines for analysis had to be chosen carefully so that the extracted ratios would not contain significant errors. The measured DIGS ratios were then compared with the result of the theoretical DIGS ratios. The results showed that the calculated DIGS ratios deviated substantially from unity although this was with large uncertainties. Because of the large errors obtained, the DIGS ratios were found to be inconclusive as a signature for detecting the effects of NPIs such as angular momentum distribution changes in HEDP environmen