La diffusion Raman Stimulée (DRS) est étudiée dans le contexte des plasmas qui sont pertinents pour la Fusion par Confinement Inertielle (FCI). Dans un plasma inhomogène le processus d'auto-résonance de l'onde Langmuir, générée par DRS, peut se produire dans le régime cinétique (k_L*lambda_D>0.25) et conduire à des amplitudes au delà du niveau de l'amplification attendue due à l'inhomogénéité selon Rosenbluth [M. N. Rosenbluth, Phys. Rev. Lett. 29, 565 (1972)]. On démontre que des effets cinétiques faibles, comme le piégeage d'électrons donnent lieu à un décalage de fréquence non-linéaire (dépendant de l'amplitude), et peuvent compenser le déphasage de la résonance de DRS des trois ondes, observé dans les plasmas inhomogènes. Un modèle analytique du processus d'auto-résonance décrivant à la fois la croissance, la saturation et la phase des ondes de Langmuir a été développé. Ce modèle est en excellent accord avec les résultats des simulations cinétiques (particle-in-cell) pour des paramètres proches des conditions des plasmas des expériences de la fusion laser (Laser Mégajoule, National Ignition Facility). Une application possible de l'autorésonance est proposée sous la forme d'un amplificateur de Raman.

La détermination du ralentissement des ions (ou pouvoir d'arrêt) dans la matière tiède et dense est un enjeu fondamental notamment dans le cadre de la fusion par confinement inertiel. Au cours de mon travail de thèse, nous nous sommes intéressés à la modification de l'état de charge d'un faisceau d'ions après sa traversée dans la matière tiède et dense, cette quantité jouant un rôle important dans le calcul du pouvoir d'arrêt. Nous avons tiré partie des propriétés bien connues des faisceaux d'ions générés par laser intense à impulsion courte pour étudier au cours de deux expériences réalisée sur les installations ELFIE et TITAN l'évolution de l'état de charge d'un faisceau d'ions carbones et hélium après traversée d'une cible d'aluminium chauffée de manière isochore par un faisceau de protons énergétique. Les deux premiers chapitres présentent les enjeux du sujet à la fois d'un point de vu théorique et expérimental - y sont présentés les différents outils de simulations utilisés au cours de l'étude. Le troisième chapitre est consacré à l'étude des propriétés des faisceaux d'ions générés par lasers dans l'optique de nos expériences pour étudier le pouvoir d'arrêt. Nous avons notamment étudiés au cours de deux expériences les faisceaux d'ions produits en utilisant des cibles à densité inférieur à celle du solide. Dans le dernier chapitre sont présentées les montages et résultats des deux expériences sur l'état de charge d'un faisceau d'ions après sa traversée dans la matière tiède et dense. Les données dans la matière froide obtenues au cours de nos expériences sont confrontées avec succès aux résultats antérieurs recueillis sur des accélérateurs conventionnels.

Nous avons étudié le couplage entre un plasma crée par laser et un champ magnétique dans deux configurations : 1) celle où les champs magnétiques sont autogénérés au cours de l'interaction laser-plasma, problématique liée à celle de la Fusion par Confinement Inertiel (FCI) et 2) celle où un champ magnétique externe est appliqué à un plasma laser en expansion libre dans le vide, configuration permettant notamment la modélisation en laboratoire des jets de matière observés en astrophysique. La première partie de cette thèse est donc dédiée à une étude numérique et expérimentale de la dynamique des champs magnétiques autogénérés lors de l'irradiation d'une cible solide par un laser de puissance (de durée d'impulsion nanoseconde ou picoseconde). Ces champs sont à considérer dans le cadre de la FCI car, en influençant la dynamique des électrons générés dans l'interaction, ils conditionnent en partie la réussite des expériences de fusion. La seconde partie de cette thèse est dédiée à l'étude expérimentale et numérique de la capacité qu'a un champ magnétique externe à modifier la morphologie d'un jet de plasma produit par laser, notamment à le collimater. Ce travail vise à mieux comprendre le phénomène de collimation à grande échelle observée dans les jets astrophysiques. Nous montrons notamment qu'un champ magnétique purement axial peut contraindre un écoulement, au départ isotrope, en un choc de recollimation générant un étroit jet bien collimaté, un phénomène non expliqué dans le cadre des théories jusqu'alors prévalentes. La convergence observée, et le chauffage subséquent, du plasma au point recollimation sont de plus avancés comme permettant d'expliquer d'intrigantes observations d'émission X stationnaire au sein des jets astrophysiques.

La fusion thermonucléaire peut être obtenue sur les installations laser de classe mégajoule (NIF, LMJ) par l'implosion d'un mélange de Deutérium-Tritium confiné dans un microballon. Afin d'apporter les corrections adéquates sur les conditions expérimentales en vue de la réussite de ces expériences de fusion, il est nécessaire, entre autre, de qualifier la symétrie d'implosion. C'est le rôle dévolu à des chaînes de mesure spécifiques appelées diagnostics d'imagerie X. Aucun imageur X conçu à ce jour ne permet de réaliser cette mesure sans être perturbé par l'ambiance radiative engendrée par les produits des réactions nucléaires. L'imageur X développé dans cette thèse devra donc réaliser une image à haute résolution et à haute énergie tout en considérant les contraintes liées à cette ambiance nucléaire. La démarche a consisté tout d'abord à concevoir un système d'imagerie X permettant de réaliser l'image du microballon avec une résolution de 5 µm dans la bande 10-95 keV et à garantir sa survie face à l'agression nucléaire. Cette image X a été convertie en lumière visible par un scintillateur afin de permettre son transport vers une zone radio protégée où le système d'enregistrement est localisé. Cet analyseur optique constitué d'un amplificateur de luminance et d'un détecteur pixélisé a également été étudié et une nouvelle méthode permettant de réduire les perturbations transitoires induites par les rayonnements ionisants a été mise au point. La fonction de transport d'image est assurée au moyen d'un relai optique, conçu spécialement pour supporter les perturbations induites par les rayonnements ionisants. Ce dimensionnement par parties associé à des simulations Monte-Carlo (GEANT4) et des campagnes expérimentales (sur l'installation OMEGA du LLE) ont permis d'aboutir à une architecture cohérente de diagnostic permettant de supporter des niveaux de perturbations encore jamais atteints.

La focalisation d'un laser intense sur une surface solide entraine l'ionisation presque complète du milieu, donnant lieu à la formation d'un plasma de densité plusieurs centaines de fois supérieure à la densité critique. La dynamique collective des électrons du plasma est alors dictée par l'action du champ laser, et peut donner lieu à l'émission d'un train d'impulsions XUV de durée attoseconde. Les motivations de ce travail de thèse sont les suivantes : démontrer que l'on peut, en contrôlant tir à tir la forme exacte du champ électrique du laser, guider de façon reproductible la dynamique des électrons du plasma avec une précision attoseconde, et par conséquent la structure temporelle du train d'impulsions attosecondes généré. Pour réaliser cette expérience, nous avons tout d'abord mis en place un dispositif expérimental d'interaction laser-solide au kHz, dimensionné pour assurer des conditions d'interaction parfaitement reproductible tir à tir. Une fois ce dispositif éprouvé et les premières harmoniques détectées, nous avons ensuite démontré, en observant le spectre de l'émission XUV, le contrôle attoseconde de la dynamique des électrons du plasma en utilisant la source laser de deux cycles optiques stabilisée en phase. Enfin, nous avons observé expérimentalement, par la technique du phare attoseconde, le contrôle spatio-temporel par le champ laser du train d'impulsions attosecondes, donnant notamment lieu à la génération d'un groupe d'impulsions attosecondes isolées spatialement.

Nous présentons dans ce mémoire les résultats concernant la caractérisation spectroscopique spatiotemporelle de plasmas d'ablation laser obtenus à partir de cibles de céramiques d'oxydes complexes (CCTO et BSTO). Nos mesures montrent que les différentes espèces constituant le plasma évoluent de façons similaires quelque soit leur degré d'ionisation et ceci pour l'ensemble des conditions de pression et de fluence explorées. Nous montrons aussi que dans les premiers instants suivant l'impact laser, le plasma est fortement non-uniforme et se propage selon une seule dimension, il s'uniformise par la suite et s'expanse alors dans les trois dimensions. Une collaboration avec le laboratoire LP3 (Université de Marseille) nous a permis d'estimer les paramètres caractéristiques du plasma (température, densité électronique, épaisseur) à partir de la confrontation entre nos spectres expérimentaux et les résultats de la simulation de la radiance spectrale du plasma. A partir de cette confrontation, nous confirmons qu'il existe une forte corrélation entre l'inhomogénéité du plasma et son type d'expansion. Grâce à l'analyse spectrale il a été possible d'identifier et de quantifier des polluants présents dans les cibles, nous avons pu ainsi estimer des concentrations minimales pouvant atteindre la dizaine de ppm selon le type de polluant.

The non-uniform dc glow discharge plasma system is studied by using isolated computer controlled three couples of double probe system (TCDP) in argon gas, simultaneously. TCDP system has been developed to use for magnetized, unmagnetized, and for low oscillating plasma systems by using low pass filter with optically isolated circuitry to minimize the measurement errors with higher resolution and accuracy. Difference in the shapes and diameters of the discharge tube from region to region leads to change in the positive column glow discharge properties. This is because the positive column inhomogeneities, rising from the increase in the electron densities at the small tube radius region than the large one. Therefore, the axial electric field and the electron temperature have been diverted from their normal behavior in the positive column. However, at the large radius regions, the axial electric field seams to stay approximately constant at higher discharge currents. On the other hand, In this work the radial dependence of the electron temperature, density, floating potential, and the normalized probe radius (&amp / #958 / =rp&amp / #955 / D) has been investigated. Since, the probe radius is smaller than Debye length, the orbital motion limited (OML) theory has been used. As a result, the electron temperature (at the center) decreased and density increased with decreasing tube radius, and they have maximum values at the first probe (near the cathode). The electron density ne was observed to decrease and electron temperature Te to increase with increasing the discharge current. The floating potential has less negative value with decreasing tube radius except at the higher currents. Finally, it has been found that the &amp / #958 / is proportional with electron density, but it remains constant depending on the value of Te and ne.

This doctoral thesis reports analytical and numerical results for the electrostatic response of a dusty plasma to a moving test charge. Two important physical aspects of dusty plasmas, namely grain size distribution and grain charging dynamics were taken into account. In the first case, a dusty plasma in thermal equilibrium and with a distribution of grain sizes is considered. A size distribution is assumed which decreases exponentially with the grain mass for large sizes and gives a simple smooth reduction for small sizes. The electrostatic response to a slowly moving test charge, using a second order approximation is found and the effects of collisions are also investigated. It turns out that for this particular size distribution, there is a remarkably simple result that the resulting effective distribution for the electrostatic response is a kappa (generalized Lorentzian) distribution. In the second case, we present an analytical model for the shielding of a slowly moving test charge in a dusty plasma with dynamical grain charging for cases both with and without the collision effects. The response potential is treated as a power series in test charge velocity. Analytical expressions for the response potential are found up to second order in test charge velocity. The first-order dynamical charging term is shown to be the consequence of the delay in the shielding due to the dynamics of the charging process. It is concluded that the dynamical charging of the grains in a dusty plasma enhances the shielding of a test charge. To clarify the physics, a separate study is made where the charging is approximated by using a time delay. The resulting potential shows the delayed shielding effect explicitly. The terms in the potential that depend on the charging dynamics involve a spatial shift given by the test charge velocity and the charging time. The wake potential of a fast moving test charge in the case of grain charging dynamics was also found. It was observed that the grain charging dynamics leads to a spatial damping and a phase shift in the potential response. Finally, combining these two physical aspects, generalized results for the electrostatic potential were found incorporating the terms from both grain size distribution and grain charging dynamics. The generalized results contain the previous work where these two effects were studied separately and which can now be found as special limiting cases. This kind of work has relevance both in space and astrophysical plasmas. / QC 20100920

In this thesis, the effects of simple shear flow on macromolecular structure and interactions are investigated in detail via a combination of Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy and rheology, namely Rheo-NMR. A specially designed NMR couette shear cell and benchtop shear cell, developed in-house, demonstrated that the direct measurement of the above phenomena is possible. First, to determine whether the shear cells were creating simple shear flow, results were reproduced from literature studies of liquid crystal systems which report shear effects on: Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide (CTAB) in deuterium oxide, and Poly(gamma-benzyl-L-glutamate) (PBLG) in m-cresol. Next, the possible conformational changes to protein structure brought about by shear were investigated by applying shear to Bovine -lactogobulin ( -Lg). As the protein was sheared, a small, irreversible conformational change was observed by means of one-dimensional and two-dimensional 1H NMR with reasonable reproducibility. However, no observable change was detected by means of light scattering. A large conformational change was observed after shearing a destabilized -Lg sample containing 10% Trifluoroethanol (TFE) (v/v). From an NMR point of view, the sheared state was similar to the structure of -Lg containing large amounts of -helices and, interestingly, similar to the structure of -Lg containing -sheet amyloid fibrils. Gel electrophoresis tests suggested that the changes were caused by hydrophobic interactions. Unfortunately, this proved to be difficult to reproduce. The effect of shear on an inter-macromolecular interaction was investigated by applying shear during an enzyme reaction of pectin methylesterase (PME) on pectin. Experimental method and analysis developments are described in detail. It was observed that under the conditions studied, shear does not interfere with the de-esterification of pectin with two types of PME, which have different action mechanisms at average shear rates up to 1570 s-1.

In this thesis, the effects of simple shear flow on macromolecular structure and interactions are investigated in detail via a combination of Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy and rheology, namely Rheo-NMR. A specially designed NMR couette shear cell and benchtop shear cell, developed in-house, demonstrated that the direct measurement of the above phenomena is possible. First, to determine whether the shear cells were creating simple shear flow, results were reproduced from literature studies of liquid crystal systems which report shear effects on: Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide (CTAB) in deuterium oxide, and Poly(gamma-benzyl-L-glutamate) (PBLG) in m-cresol. Next, the possible conformational changes to protein structure brought about by shear were investigated by applying shear to Bovine -lactogobulin ( -Lg). As the protein was sheared, a small, irreversible conformational change was observed by means of one-dimensional and two-dimensional 1H NMR with reasonable reproducibility. However, no observable change was detected by means of light scattering. A large conformational change was observed after shearing a destabilized -Lg sample containing 10% Trifluoroethanol (TFE) (v/v). From an NMR point of view, the sheared state was similar to the structure of -Lg containing large amounts of -helices and, interestingly, similar to the structure of -Lg containing -sheet amyloid fibrils. Gel electrophoresis tests suggested that the changes were caused by hydrophobic interactions. Unfortunately, this proved to be difficult to reproduce. The effect of shear on an inter-macromolecular interaction was investigated by applying shear during an enzyme reaction of pectin methylesterase (PME) on pectin. Experimental method and analysis developments are described in detail. It was observed that under the conditions studied, shear does not interfere with the de-esterification of pectin with two types of PME, which have different action mechanisms at average shear rates up to 1570 s-1.