Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Interaction radiation-Matière“

L'objectif de la thèse est de développer une chaîne de simulation multi-échelle des effets de dose ionisante dans les technologies SOI pour évaluer les dégradations des circuits intégrés. Ce phénomène provient de la dégradation permanente des diélectriques, induisant une dérive dans le temps des caractéristiques électriques des transistors et donc des performances du circuit qu'ils constituent. Cette chaîne de simulation, qui est validée expérimentalement, est destinée à assister les concepteurs de circuits durcis aux radiations, afin de les guider vers les solutions de durcissement optimales. Tout d'abord, des simulations TCAD sont réalisées, à l'échelle composant, pour relier les dégradations des courbes courant-tension à l'origine de l'accumulation de charges et les comportements PDSOI et FDSOI influencent la réponse du dispositif. Deuxièmement, des modèles pour quantifier l'accumulation de charges dans les oxydes sont développés afin d'être utilisés dans des modèles standards. Troisièmement, une étude de cas sur une référence de tension est présentée afin de valider la pertinence de la chaîne de simulation
The objective of the thesis is to develop a multiscale simulation chain of the ionizing dose effects in SOI technologies to assess integrated circuit degradations. This phenomenon originates from the permanent degradation of dielectrics, inducing a drift in time of the electrical characteristics of transistors and thus of the performances of the circuit that they constitute. This simulation chain, which is validated experimentally, is intended to assist designers of radiation-hardened circuits, in order to guide them towards the optimal hardening solutions. Firstly, TCAD simulations are performed, at device scale, to relate current-voltage curves degradations to the origin of charge build-up and how PDSOI and FDSOI behaviors influence the device response. Secondly, models for quantifying the charge build-up in the oxides are developped in order to be used in standard models. Thirdly, a case study on a voltage reference is presented in order to validate the relevance of the simulation chain

La connaissance et la maitrise de la température et de la concentration des produits de combustion sont des paramètres clés pour la compréhension et l’amélioration de l’efficacité des moteurs. La mesure de ces température et concentration permettrait d’améliorer les machines de combustion et de quantifier les rejets polluants dans l’air (tels que le CO, CO2, NO, NO2, SO2, les aérosols, les suies ainsi que les composés organiques volatils) qui sont des enjeux environnementaux importants. Les procédés de combustion sont inhomogènes. Les méthodes actuelles sont essentiellement des méthodes de détection et pas de quantification. Nous proposons une méthode originale de caractérisation des profils de température et concentration couplant les avantages d’une mesure active par rétrodiffusion (LIDAR-Rayleigh, Light Detection And Ranging) d’une impulsion laser fondée sur la diffusion Rayleigh avec une mesure passive par spectroscopie d’émission. La première méthode est sensible aux profils spatiaux de températures et la seconde est particulièrement sensible à la température maximale et concentration des gaz. Cette étude a été soutenue par une REI (Recherche Exploratoire et Innovation) : « Caractérisation par Émission et LIDAR d’Écoulements de Propulseurs » en collaboration avec le laboratoire FEMTO-ST de Belfort, l’ONERA et l’entreprise MBDA
The knowledge and control of the temperature and concentration of combustion products are key parameters to understand and improve engine efficiency. The measurement of temperature and concentration will improve combustion machines and quantify the pollutant emissions in the air (such as CO, CO2, NO, NO2, SO2, aerosols, soot and volatile organic compounds) which are important environmental issues. Combustion processes are inhomogeneous. Current methods are substantially methods for the detection and not for quantification. We propose an original method based on the characterization of temperature and concentration profiles coupling the benefits of an active backscattering method (Rayleigh LIDAR, Light Detection And Ranging) of a laser pulse with passive spectroscopic measurements. The first method is based on Rayleigh scattering and is sensitive to spatial temperature profiles and the second is particularly sensitive to the maximum temperature and to gas concentration. This study was supported by REI (Exploratory Research and Innovation): " Flows thrusters characterization by emission and LIDAR " in collaboration with the FEMTO-ST laboratory located in Belfort, ONERA and the MBDA company

Cette thèse a pour objet l'étude de l'interaction laser-matière dans un régime d'éclairement extrême que visent à atteindre plusieurs installations multi-pétawatt en cours de développement (CILEX-Apollon, ELI, IZEST, etc.). Pour un éclairement supérieur à 1022 Wcm-2, la dynamique relativiste des électrons accélérés dans l'onde laser est modiée par un important rayonnement Compton inverse non-linéaire. Au-delà de 1023 Wcm2, les photons ainsi produits peuvent, en interagissant à leur tour avec le champ laser, se désintégrer en paires électron-positron via le mécanisme de Breit-Wheeler non-linéaire. Ces mécanismes d'électrodynamique quantique, dont l'étude expérimentale était jusqu'ici l'apanage des grands accélérateurs de particles, peuvent grandement affecter les mécanismes usuels d'interaction laser-plasma, notamment ceux régissant l'accélération de particules chargées et, par conséquent, le bilan global de l'interaction. Afin de modéliser ce régime inédit d'interaction, qui combine processus collectifs, relativistes et d'électrodynamique quantique, nous avons enrichi des mécanismes précédents le code de simulation particle-in-cell calder développé de longue date au CEA/DIF. L'influence de ces mécanismes est d'abord explorée dans le cas d'une impulsion laser interagissant avec une cible dense de taille micrométrique. Un rendement de conversion de l'énergie laser en photons supérieur à 10% est observée au-dessus de 1023 Wcm-2, tandis que la production d'anti-matière s'emballe, via un mécanisme de cascade, à partir de 1024 Wcm2. Dans un second temps, nous étudions la génération de positrons lors de la collision frontale entre un faisceau d'électrons ultra-relativistes issu d'un accélérateur plasma et une impulsion laser ultra-intense. Dans une dernière partie, nous considérons un scénario prospectif d'intérêt astrophysique, à savoir la collision de plasmas de paires issus de cibles solides irradiées à 1024 Wcm-2 montrant la croissance rapide d'une instabilité de lamentation magnétique combinée à d'intenses effets radiatifs
This PhD thesis is concerned with the regime of extreme-intensity laser-matter interaction that should be accessed on upcoming multi-petawatt facilities (e.g. CILEX-Apollon, ELI, IZEST). At intensities IL > 1022 Wcm-2, the relativistic dynamics of the laser-driven electrons becomes significantly modified by high-energy radiation emission through nonlinear inverse Compton scattering. For IL > 1023 Wcm-2, the emitted-ray photons can, in turn, interact with the laser field and decay into electron-positron pairs via the nonlinear Breit-Wheeler process. These quantum electrodynamic processes, which until recently could only be explored on large-scale particle accelerators, can greatly alter the "standard" mechanisms of laser-plasma interaction, and therefore its overall energy budget. In order to model their intricate interplay with the laser-induced plasma processes, they have been implemented within the particle-in-cell code calder developed at CEA. In a first part, we study these QED processes in the interaction of an ultra-intense laser with a micrometric overdense target. It is found that the laser-to--ray energy conversion efficiency can by far exceed 10% for intensities IL > 1023 Wcm-2, while copious pair production (through pair cascading) kicks in for IL > 1024 Wcm-2. In a second part, we consider positron generation in the collision between a GeV electron bunch issued from a laser-wake eld accelerator and a counterpropagating laser pulse. In a third part, we analyze a prospective scheme of astrophysical interest, consisting in the collision between two dense pair plasmas produced from solid targets irradiated at 1024 Wcm-2 showing a fast-growing magnetic lamentation instability amplified by intense synchrotron emission

Dans le cadre de ses actions de R&D sur la caractérisation non destructive, le CEA dispose d’un système d'imagerie photonique de haute énergie. Ce dispositif, unique en France, permet de réaliser des radiographies et des tomographies sur des objets de grands volumes, tels que des colis de déchets radioactifs. Le Laboratoire de Mesures Nucléaires, qui mène les projets de recherche sur cette installation, a engagé une évolution majeure du système en lançant l'approvisionnement d'une nouvelle source X d'énergie augmentée et d'un banc mécanique de positionnement d'une capacité de 5 tonnes afin de pouvoir caractériser des objets de grande épaisseur : jusqu'à 140 cm de béton. Les travaux qui ont fait l'objet de cette thèse s'inscrivent dans ce contexte de caractérisation et de mise en service du nouveau tomographe, qui permet la mise en place de nouvelles modalités d'examen telles que la tomographie bi-énergie.La première partie de la thèse consiste en une étude approfondie des performances du nouveau tomographe en termes de capacité de pénétration et de résolution spatiale. Elle concerne à la fois la source X et le système de détection. La source X est un accélérateur linéaire Saturne reconditionné pour atteindre des énergies comprises entre 15 et 20 MeV pour des débits de dose supérieurs à 100 Gy/min. Les caractéristiques attendues de cette source sont évaluées par simulation : spectres, taches focales et débits de dose. En parallèle, la recherche d'un système de détection adapté conduit à mettre en compétition trois détecteurs : une série de semi-conducteurs CdTe non jointifs, une caméra linéaire à scintillateur CdWO4 segmenté et des écrans horizontaux de CsI filmés par des caméras bas bruit. Tous trois font l'objet d'une analyse par comptage de quanta (Quantum Accounting Diagram) permettant de mettre en lumière les qualités et limites de chacun à travers l'évaluation et la comparaison d'indicateurs complémentaires de leurs performances : efficacité quantique de détection, rapport signal sur bruit, résolution spatiale et gamme dynamique. Cette étude théorique est complétée, corrigée et validée par des campagnes de mesures expérimentales et permet finalement de prévoir les performances attendues avec l'accélérateur Saturne, et ainsi définir le meilleur détecteur pour l'imagerie des objets ciblés.La seconde partie de la thèse concerne le développement d'une nouvelle méthode de caractérisation des matériaux par tomographie bi-énergie afin d’identifier au mieux le numéro atomique effectif du matériau et sa densité. L'état de l'art sur les techniques actuelles fait ressortir une méthode potentiellement intéressante pour les besoins de la caractérisation de colis de déchets nucléaires : la décomposition en double effet. Initialement développée pour l'imagerie de plus basse énergie, elle a été adaptée à la gamme d’énergie du tomographe en modifiant les interactions photon-matière prises en compte dans le procédé. La méthode a été testée et validée sur des simulations d'examens tomographiques obtenues avec le code de simulation MODHERATO.Il ressort de ces travaux de thèse que le nouveau système d'imagerie du CEA Cadarache devrait être en mesure à la fois d'accueillir et caractériser des objets massifs avec une qualité d'image satisfaisante et une résolution spatiale submillimétrique, mais également de mettre en œuvre des examens de tomographie bi-énergie permettant d'évaluer le numéro atomique et la densité des matériaux composant les objets examinés
As part of its research and development activities on non-destructive characterisation, CEA utilizes a high-energy photonic imaging system. This instrument, unique in France, allows radiographic and tomographic analyses on large objects (e.g., nuclear waste drums). The "Laboratoire de Mesures Nucléaires", responsible for running research projects in the facility, has launched a major upgrade of the system by providing a new higher energy X-ray source and a new mechanical bench possessing a 5 t load, which allows the characterisation of thick objects (up to 140 cm concrete thickness). This PhD thesis concerns the characterisation and commissioning of the new computed tomography (CT) system and introduces new examination modalities, such as dual-energy CT.The first part of the thesis is a comprehensive study of the performance of the upgraded CT system, specifically regarding penetration capacity and spatial resolution and concerning both the X-ray source and the detection system. The X-ray source is a linear accelerator called Saturne, which has been repackaged to reach energies between 15 and 20 MeV with dose rates greater than 100 Gy/min. Simulation is used to assess the expected features of this source: spectra, focal spots and dose rates. Parallel comparison among three detectors -a series of non-abutting CdTe semiconductor sensors, a linear camera with segmented CdWO4 scintillators and horizontal screens of CsI filmed by low noise cameras - assessed the most suitable detection system. All three detection systems are studied using a quantum accounting analysis that highlights potentials and limitations of each system and enables measurement of complementary indicators of their performance: detector quantum efficiency, signal to noise ratio, spatial resolution and dynamic range. This theoretical study is completed, corrected and validated by experimental measurement campaigns. This extensive study predicts the expected performance when combined with the Saturne accelerator, allowing selection of the most appropriate detector for the imaging of large objects.The second part of the thesis concerns the development of a new method for the characterisation of materials by dual-energy CT, allowing a better assessment of the effective atomic number and the density of the material. The state of the art of current techniques highlights the potential interesting method for the characterising nuclear waste: the double effect decomposition. Initially developed for lower energy X-ray imaging, it has been adapted to match the energy range of the CT system by adapting the photon/matter interactions taken into account in the process. The method has been tested and validated on tomographic simulations obtained with the simulation code MODHERATO.This PhD work has shown that the new CT system of the CEA Cadarache has the potential to characterise massive objects with a satisfactory image quality and milli-scale spatial resolution. It also opens opportunities for the execution of dual-energy CT evaluations allowing the assessment of the atomic number and density of materials composing the examined objects

Ces travaux de thèse sont consacrés à l'élaboration de revêtement réfléchissant et diffusant par projection plasma d'arc soufflé. Par la sélection des paramètres opératoires et le contrôle de la microstructure des revêtements élaborés, la première partie de cette étude présente la mise en forme d'un revêtement bicouche (micro/nano-structuré) d'alumine possédant une réflectance supérieure à 90% sur la gamme UV-Visible. Le transfert nécessaire à la démonstration pour démontrer la faisabilité d'élaboration de pièces de plus grandes dimensions (0.25 m2) a été entrepris. Dans une seconde partie et à partir de l'exploration de la microstructure des revêtements et de leur physicochimie, l'amélioration de la réflectance dans le proche UV par la couche nanostructurée est explicitée d'une part par la nature de la phase cristallographique moins absorbante et d'autre part par la présence en nombre de pores de faibles dimensions. De plus, la caractérisation des propriétés radiatives des revêtements par inversion de l'Equation du Transfert Radiatif a permis d'obtenir des éléments de compréhension des phénomènes d'interaction rayonnement/matière. Enfin, une dernière partie a pour objectif de mettre en place les différents éléments nécessaires à la prédiction des propriétés optiques de revêtements mis en forme par projection plasma. Un modèle tridimensionnel a été proposé pour représenter numériquement la structure de chacune des couches micro- et nanostructurée à partir des analyses microstructurales. Le code de résolution des équations de Maxwell par méthode FDTD (Finite Difference Time Domain) a été validé et de premières simulations ont été réalisées
This study deals with the manufacturing of reflecting and scattering coatings by plasma spraying process. By the selection of operating parameters and the control of the coatings microstructure, the first part of this work presents the elaboration of a micro/nanostructured bilayer material in alumina with a reflectance up to 90 % in the near UV-Visible range of wavelength. The feasibility of larger pieces (0.25m2) is demonstrated and the different characterizations for inserting the material in the Laser MegaJoule are performed. In a second part, from characterizations of the microstructure (by SEM, Hg Porosimetry, USAXS) and the chemical composition (DRX, X fluorescence), the improvement of the reflectance in the near-UV thanks to the nanostructured layer is explained, on the one hand, by the less absorbing crystallographic phase and, on the other hand, by the smaller and numerous pores. Moreover, the characterization of the radiation properties by the Radiation Transfer Equation inversion brings new elements for understanding the phenomena during radiation/porous media interaction and to determine the spatial repartition of the scattering radiation. The aim of the last part is to set up the different tools which are necessary to compute simulations of plasma-sprayed coatings optical behavior. From the microstructure analysis, a tridimensional numerical representation of each layer is suggested. The resolution of Maxwell equations is performed by FDTD (Finite Difference Time Domain) method. The model is validated and some first simulations are realized

Les accélérateurs de particules attirent beaucoup d’attention en raison de leur nombreuses applications dans des domaines allant des sciences fondamentales, à la médecine jusqu’aux applications industrielles. Ces travaux de doctorat se situent au premier plan du développement des sources d’ions générées par laser, afin de les rendre plus compétitives face aux accélérateurs conventionnels. Pour ce faire, les sources d’ions obtenues par laser doivent être compactes, efficaces par rapport aux coûts, fiables, intenses et opérées à des taux de répétition élevés. L’effort général de ces travaux de doctorat vise à pousser leur performance sur trois fronts, soit l’alignement précis des cibles, l’amélioration des cibles à l’aide de nanostructures ainsi que le développement de détecteurs de particules efficients. Cette quête d’efficacité accrue a requis des travaux autant numériques, par l’utilisation de Calcul de haute performance, qu’expérimentaux, par le montage d’une ligne d’accélération d’ions de pointe sur les installations de l’Advanced Laser Light Source (ALLS) 100 TW ainsi qu’en effectuant plusieurs campagnes expérimentales à l’étranger.Les travaux visent d’abord à augmenter la fiabilité des faisceaux d’ions par le positionnement précis des cibles solides utilisées en accélération d’ions par laser. Pour ce faire, un interféromètre de positionnement des cibles (Target Positioning Interferometer, TPI), atteignant une précision d’alignement sous-micrométrique, a été développé. Le design novateur du TPI est un interféromètre de Michelson modifié dans lequel nous avons introduit une lentille convergente asphérique dans le bras de la cible, afin de le transformer en un système de positionnement absolu ayant un unique point d’inambiguïté dans l’espace. La fine capacité d’alignement du TPI est atteinte également avec l’aide d’un algorithme numérique d’analyse des franges d’interférences qui maximise l’extraction de signaux à grand rapport signal-sur-bruit, effectuée dans une fenêtre de temps optimisée.La deuxième partie des travaux concerne le rehaussement du mécanisme d’accélération, permettant de générer de plus grandes quantités d’ions à des plus hautes énergies cinétiques, menant à des faisceaux d’ions plus intenses. Les cibles solides typiquement utilisées sont des feuilles métalliques minces, limitant l’efficacité de conversion d’énergie du laser aux ions à quelques pourcents tout au plus. Une façon d’augmenter cette efficacité de conversion est en nanostructurant la surface des cibles afin d’emprisonner l’onde incidente, augmentant ainsi le transfert d’énergie aux ions. Nous avons démontré, de façon théorique et expérimentale, qu’un ajustement optimal des paramètres géométriques des nanostructures, en particulier avec des nanosphères et des nanofils, mène à une augmentation du nombre d’ions et de leur énergies cinétiques de plusieurs fois les valeurs obtenues avec le même pulse laser incident sur une cible plane faite du même matériau.Dans la dernière partie, les travaux sont orientés sur le développement de détecteurs de particules efficients afin d’être implémentés sur les lignes d’accélération d’ions à haut taux de répétition. Une calibration en nombre absolu des nouveaux films radiochromiques EBT-XD a d’abord été effectuée. Il a été observé que les EBT-XD offrent une plus grande plage de mesure de dose ainsi qu’un seuil minimum d’énergie de détection plus élevé que leur homologue EBT3, étant donc mieux adaptés pour les lignes d’ions plus intenses. Nous avons également mesuré une sévère inhibition de la réponse des EBT-XD lorsque le pic de Bragg de la particule mesurée tombe directement dans la couche active des films, causant des erreurs importantes dans l’estimation du nombre de particules. Finalement, nous avons implémenté, sur la ligne d’accélération d’ions d’ALLS 100 TW, un système de détecteurs de particules calibrés en croisés incluant un spectromètre à parabole Thomson (TP) ainsi que deux en temps de vol
Particle accelerators attract a lot of attention in the scientific and non-scientific community as a result of their wide applicability in fields ranging from fundamental sciences, medicine to industrial applications. This doctoral work stands at the forefront of laser-based ion accelerators, and pushes forward their development to make them more competitive ion sources compared to conventional particle accelerators. For achieving higher competitiveness, laser-driven ion sources must be compact, cost-effective, reliable, intense and operated at high repetition-rates, which all together yield ion beam characteristics that cannot be realistically matched by any other kind of ion accelerator. To do so, the general effort of this doctoral work tackled three different aspects of laser-based ion acceleration, namely precise target alignment, improved targetry using nanostructures and the development of efficient particle diagnostics. The endeavor required to perform equivalent amounts of numerical work, through simulations using High Performance Computing, as well as experimental work, by implementing a cutting-edge ion beamline at the Advanced Laser Light Source (ALLS) 100 TW facility and to carry out several experimental campaigns abroad.The first part of the work aims at improving the reliability of ion beams through the precise positioning of solid targets used in laser-driven ion acceleration. For this purpose, a Target Positioning Interferometer (TPI) that reaches subwavelength positioning precision was developed. The TPI’s novel design is a modified Michelson interferometer that incorporates an aspherical converging lens in the target arm to transform it from a relative to an absolute positioning device, having a single unambiguity point in space. The high positioning accuracy is also achieved by a numerical fringe analysis algorithm that maximizes the extraction of signals with high signal-to-noise ratio, in an optimized timeframe. The development of a fast algorithm is crucial to make the TPI a viable solution for its implementation in a laser-based ion accelerator.The second part of the work is focused on enhancing the acceleration mechanism to generate higher ion numbers and kinetic energies, leading to more intense ion bunches. The solid targets used are typically flat metallic targets which allow for less than 10% of laser energy absorption, thereby limiting the laser-to-ion conversion efficiency to a few percent. A way to increase this conversion efficiency is by using target surface nanostructuration to trap the incoming laser pulse, ultimately leading to a greater energy transfer to the ions. We have shown, both theoretically and experimentally, that a careful optimization of a nanostructure’s geometrical parameters, in particular for nanospheres and nanowires, leads to multiple-fold enhancements of ion numbers and kinetic energies, compared to the use of the same laser pulse incident on flat targets of the same material.The final part of the work is dedicated to the development of efficient particle diagnostics suitable for being implemented on high repetition-rate laser-based ion beamlines. We first performed the absolute number calibration of the new EBT-XD type of radiochromic films (RCF). The EBT-XD exhibit larger dose detection range and higher minimum energy threshold compared to their EBT3 counterpart, hence more suitable for intense ion beamlines. A severe response quenching was remarked when the Bragg peak of the measured particle falls directly within the active layer of the RCF, causing significant particle number misestimation errors. Finally, we have developed a Thomson Parabola (TP) and Time-of-Flight cross-calibrated set of particle diagnostics that were incorporated on the ALLS 100 TW ion beamline. The TP spectrometer uses a microchannel plate (MCP) detector that was calibrated from single proton impacts to reconstruct the response function of the MCP detection system

Les preuves pour l'existence de la matière noire (MN), sous forme d'une particule inconnue qui rempli les halos galactiques, sont issues d'observations astrophysiques et cosmologiques: son effet gravitationnel est visible dans les rotations des galaxies, des amas de galaxies et dans la formation des grandes structures de l'univers. Une manifestation non-gravitationnelle de sa présence n'a pas encore été découverte. L'une des techniques les plus prometteuse est la détection indirecte de la MN, consistant à identifier des excès dans les flux de rayons cosmiques pouvant provenir de l'annihilation ou la désintégration de la MN dans le halo de la Voie Lactée. Les efforts expérimentaux actuels se focalisent principalement sur une gamme d'énergie de l'ordre du GeV au TeV, où un signal de WIMP (Weakly Interacting Massive Particles) est attendu. L'analyse des mesures récentes et inédites des rayons cosmiques chargés (antiprotons, électrons et positrons) et leurs émissions secondaires et les améliorations des modèles astrophysiques sont présentées.Les données de PAMELA sur les antiprotons contraignent l'annihilation et la désintégration de la MN de manière similaire (et même légèrement meilleurs) que les contraintes les plus fortes venant des rayons gamma, même dans le cas où les énergies cinétiques inférieures à 10 GeV sont écartées. En choisissant des paramètres astrophysiques différents (modèles de propagation et profils de MN), les contraintes peuvent changer d'un à deux ordres de grandeur. Pour exploiter la totalité de la capacité des antiprotons à contraindre la MN, des effets précédemment négligés sont incorporés et se révèlent être importants dans l'analyse des données inédites de AMS-02 : ajouter les pertes d'énergie, la diffusion dans l'espace des moments et la modulation solaire peut modifier les contraintes, même à de hautes masses. Une mauvaise interprétation des données peut survenir si ces effets ne sont pas pris en compte. Avec les flux de protons et d'hélium exposé par AMS-02, le fond astrophysique et ces incertitudes du ratio antiprotons sur protons sont réévalués et comparés aux données inédites de AMS-02. Aucune indication pour un excès n'est trouvé. Une préférence pour un halo confinant plus large et une dépendance en énergie du coefficient de diffusion plus plate apparaissent. De nouvelles contraintes sur l'annihilation et la désintégration de la MN sont ainsi dérivés.Les émissions secondaires des électrons et des positrons peuvent aussi contraindre l'annihilation et la désintégration de la MN dans le halo galactique : le signal radio dû à la radiation synchrotron des électrons et positrons dans le champs magnétique galactique, les rayons gamma des processus de bremsstrahlung avec le gas galactique et de Compton Inverse avec le champs radiatif interstellaire sont considérés. Différentes configurations de champs magnétique galactique et de modèles de propagation et des cartes de gas et de champs radiatif interstellaire améliorés sont utilisées pour obtenir des outils permettant le calculs des émissions synchrotrons et bremsstrahlung venant de MN de type WIMP. Tous les résultats numériques sont incorporés dans la dernière version du Poor Particle Physicist Coookbook for DM Indirect Detection (PPPC4DMID).Une interprétation d'un possible excès dans les données de rayons gamma de Fermi-LAT au centre galactique comme étant dû à l'annihilation de MN en canaux hadronique et leptonique est analysée. Dans une approche de messagers multiples, le calcul des émissions secondaires est amélioré et se révèle être important pour la détermination du spectre pour le canal leptonique. Ensuite, les limites provenant des antiprotons sur l'annihilation en canal hadronique contraignent sévèrement l'interprétation de cet excès comme étant dû à la MN, dans le cas de paramètres de propagation et de modulation solaire standards. Avec un choix plus conservatif de ces paramètres elles s'assouplissent considérablement
Overwhelming evidence for the existence of Dark Matter (DM), in the form of an unknownparticle filling the galactic halos, originates from many observations in astrophysics and cosmology: its gravitational effects are apparent on galactic rotations, in galaxy clusters and in shaping the large scale structure of the Universe. On the other hand, a non-gravitational manifestation of its presence is yet to be unveiled. One of the most promising techniques is the one of indirect detection, aimed at identifying excesses in cosmic ray fluxes which could possibly be produced by DM annihilations or decays in the Milky Way halo. The current experimental efforts mainly focus in the GeV to TeV energy range, which is also where signals from WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) are expected. Focussing on charged cosmic rays, in particular antiprotons, electrons and positrons, as well as their secondary emissions, an analysis of current and forseen cosmic ray measurements and improvements on astrophysical models are presented. Antiproton data from PAMELA imposes contraints on annihilating and decaying DM which are similar to (or even slightly stronger than) the most stringent bounds from gamma ray experiments, even when kinetic energies below 10 GeV are discarded. However, choosing different sets of astrophysical parameters, in the form of propagation models and halo profiles, allows the contraints to span over one or two orders of magnitude. In order to exploit fully the power of antiprotons to constrain or discover DM, effects which were previously perceived as subleading turn out to be relevant especially for the analysis of the newly released AMS-02 data. In fact, including energy losses, diffusive reaccelleration and solar modulation can somewhat modify the current bounds, even at large DM masses. A wrong interpretation of the data may arise if they are not taken into account. Finally, using the updated proton and helium fluxes just released by the AMS-02 experiment, the astrophysical antiproton to proton ratio and its uncertainties are reevaluated and compared to the preliminarly reported AMS-02 measurements. No unambiguous evidence for a significant excess with respect to expectations is found. Yet, some preference for thicker halos and a flatter energy dependence of the diffusion coefficient starts to emerge. New stringed constraints on DM annihilation and decay are derived. Secondary emissions from electrons and positrons can also be used to constrain DM annihilation or decay in the galactic halo. The radio signal due to synchrotron radiation of electrons and positrons on the galactic magnetic field, gamma rays from bremsstrahlung processes on the galactic gas densities and from Inverse Compton scattering processes on the interstellar radiation field are considered. With several magnetic field configurations, propagation scenarios and improved gas density maps and interstellar radiation field, state-of-art tools allowing the computaion of synchrotron and bremssttrahlung radiation for any WIMP DM model are provided. All numerical results for DM are incorporated in the release of the Poor Particle Physicist Coookbook for DM Indirect Detection (PPPC4DMID). Finally, the possible GeV gamma-ray excess identified in the Fermi-LAT data from the Galactic Center in terms of DM annihilation, either in hadronic or leptonic channels is studied. In order to test this tantalizing interprestation, a multi-messenger approach is used: first, the computation of secondary emisison from DM with respect to previous works confirms it to be relevant for determining the DM spectrum in leptonic channels. Second, limits from antiprotons severely constrain the DM interpretation of the excess in the hadronic channel, for standard assumptions on the Galactic propagation parameters and solar modulation. However, they considerably relax if more conservative choices are adopted

This dissertation addresses electron acceleration and the associated betatron X-ray radiation generated by laser wakefield inside dielectric capillary tubes. Focusing the state-of-the-art multi-terawatt laser pulses, high peak intensity, of the order of 1018 W/cm2, can be achieved in the focal plane, where a plasma bubble free of electron is formed just behind the laser. Owing to space charge separation ultrahigh electric fields, of the order of 100 GV/m, occur inside the plasma bubble, providing the possibility to accelerate electrons up to GeV-class over merely a centimetre-scale distance. Furthermore, ultra-short synchrotron-like X-ray radiation, known as betatron radiation, is produced simultaneously when the accelerated electrons are transversely wiggled by the radial electric field inside the plasma bubble. This thesis reports experimental results on the generation and optimization of electron and X-ray beams, particularly when a capillary tube is used to collect the energy of laser halos in the focal plane to facilitate the laser keeping self-focused over a long distance. Employing the 40 fs, 16 TW Ti:sapphire laser at the Lund Laser Centre (LLC) in Sweden, either peaked or widely-spread accelerated electron spectra with a typical beam charge of tens of pC were measured with a maximum energy up to 300 MeV in 10 mm long capillary tubes. Meanwhile, betatron X-ray radiation consisting of 1-10 keV photons was measured with a peak brightness of the order of 1021 photons/s/mm2/mrad2/0.1%BW, which is around 30 times higher than that in the case of a 2 mm gas jet without external optical guiding. When the laser pointing fluctuation is compensated, exceptionally reproducible electron beams are obtained with fluctuations of only 1 mrad RMS in beam pointing, a few percent in electron energy, and around 20% RMS in beam charge. The relatively large instability of beam charge is found to be essentially correlated to laser power fluctuation. Moreover, betatron radiation is able to provide the diagnostics about electron acceleration process and average number of betatron oscillations fulfilled by electrons inside the plasma bubble. The typical X-ray source size (waist of Gaussian distribution at 1/e2 intensity) is quantified to be ~2.5 μm using Fresnel diffraction induced by a razor blade, which furthermore yields the corresponding normalized RMS emittance of electron beam 0.83π mm mrad. Three dimensional particle-in-cell (PIC) modelings are in good agreement with the experimental findings. The PIC simulations also reveal the generated electron bunches (or X-ray bursts) have pulse durations as short as 10 fs.