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Comptes Rendus Physique
Volume 10, n° 2-3
pages 106-115 (mars 2009)
Doi : 10.1016/j.crhy.2009.03.008
Principles of laser–plasma accelerators
Les accélérateurs de particules laser–plasma

Victor Malka a, , Patrick Mora b
a Laboratoire d’optique appliquée, ENSTA, École polytechnique, CNRS, 91761 Palaiseau, France 
b Centre de physique théorique, École polytechnique, CNRS, 91128 Palaiseau, France 

Corresponding author.

The continuing development of powerful laser systems has permitted to extend the interaction of laser beams with matter far into the relativistic domain in which extremely high electric and magnetic fields are generated. Thanks to these tremendous fields, that only plasma can support and sustain, new and compact approaches for producing energetic particle beams have been recently achieved. The incredible progress of these laser–plasma accelerators has allowed physicists to produce high quality beams of energetic radiation and particles. These beams have interesting properties such as shortness, brightness and spatial quality, and could lend themselves to applications in many fields, including medicine (radiotherapy, proton therapy, imaging), radiation biology (short-time-scale), chemistry (radiolysis), physics and material science (radiography, electron and photon diffraction), security (material inspection), and of course accelerator science. Stimulated by the advent of compact and powerful lasers, with moderate costs and high repetition rate, this research field has witnessed considerable growth in the past few years, and the promises of laser–plasma accelerators are in tremendous progress. The recent years in particular have seen spectacular progress in the acceleration of electrons and of ions, both in terms of energy and in terms of quality of the beams. To cite this article: V. Malka, P. Mora, C. R. Physique 10 (2009).

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Le développement continu des lasers de puissance a permis d’étendre les régimes d’interaction laser–matière dans le domaine relativiste, dans lequel des champs électriques et magnétiques très élevés sont générés. Grâce à ces champs très élevés, que seul un plasma peut supporter et maintenir, de nouvelles approches pour la production de faisceaux de particules énergétiques ont été récemment réalisées. Les progrès de ces accélérateurs laser–plasma ont permis de produire des faisceaux de particules et de rayonnement énergétiques de grande qualité. Ces faisceaux ont des propriétés intéressantes comme la brièveté, la brillance et la qualité spatiale, et peuvent conduire à des applications dans de nombreux domaines, comme la médecine (radiothérapie, protonthérapie, imagerie), la biologie (radiographie à haute résolution temporelle), la chimie (radiolyse), la physique et la science des matériaux (radiographie, diffraction d’électrons et de photons), la sécurité (méthodes d’inspection), et évidemment la physique des accélérateurs. Stimulé par l’avènement de lasers compacts et puissants, de coûts modérés et de haut taux de répétition, ce champ de recherche a eu un essor considérable ces dernières années, et les potentiels des accélérateurs laser–plasma se sont considérablement accrus. Les années récentes ont vu en particulier des progrès spectaculaires dans l’accélération des électrons et des ions, à la fois en termes d’énergie et de qualité de faisceau. Pour citer cet article : V. Malka, P. Mora, C. R. Physique 10 (2009).

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Keywords : Plasma, Laser, Acceleration

Mots-clés : Plasma, Laser, Accélération

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