Créer des plasmas à haute température à partir de l'énergie des faisceaux lasers.
Making high temperature plasmas using laser energy.
Généralités
Thématique et contexte du projet
Les lasers de haute énergie permettent de porter la matière dans des conditions extrêmes. La maîtrise des plasmas à haute densité d'énergie concerne différents domaines de la physique fondamentale et appliquée, comme la recherche civile sur la fusion thermonucléaire, ou la production et la modélisation de différents types de plasmas astrophysiques.
Ces actions constituent une partie du programme scientifique de l'Institut Lasers et Plasmas (ILP), qui, au sein de la Fédération de recherche ILP-Recherche (FR 2707), rassemble sur ses thématiques, les équipes d’une une trentaine de laboratoires nationaux. L'ILP est ainsi chargé de la définition et de la mise en œuvre du programme scientifique civil mené sur les installations lasers du CEA/DAM, pour ce qui concerne le temps ouvert à la communauté scientifique. Jean-Pierre Chièze est directeur de la FR 2707.
Cette activité expérimentale est fortement couplée avec le projet Dapnia, « Simulation des plasmas denses et chauds », notamment en ce qui concerne l'interprétation des expériences.
Localisation
Sur la période 2001-2003, les expériences se sont déroulées exclusivement sur le site de l'École Polytechnique au laboratoire Luli (dont le CEA est cotutelle).
Collaboration
Dapnia, Drecam, CEA/DAM, Luli (CNRS, CEA, Polytechnique), Observatoire de Paris/LUTH, Max Planck Garching (Munich).
Moyens d'investigation L'énergie des faisceaux lasers est déposée en un temps très bref et crée des plasmas à haute température. Dans de nombreux cas, c'est le rayonnement thermique de ce plasma, situé dans le domaine X, qui est réutilisé pour induire dans une seconde étape des effets thermodynamiques ou de rayonnement. Chaque thème demande une géométrie de cible bien particulière.
Instruments Lasers de haute énergie (> 100 J), nanoseconde, longueur d'onde : 1,06 ou 0,53 ou 0,35 microns, et tout diagnostic associé. Par ordre chronologique (valeurs pour 0,53 microns) :
Luli 6F = 6 x 35 J, École Polytechnique (1978 ?-2003)
Phébus = 2 x 2,5 kJ, CEA/Limeil (1985-1999)
Luli 2000 = 2 x 0,6 kJ (fin 2003),
Spécificités Hautes températures (10-200 eV), diagnostics dans le domaine XUV (< 0,1 keV) et X (0,1 – 10 keV), résolutions temporelles courtes (< 0,01 ns), spectroscopie, micromécanique (réalisation des cibles).
Moyens d'investigation L'énergie des faisceaux lasers est déposée en un temps très bref et crée des plasmas à haute température. Dans de nombreux cas, c'est le rayonnement thermique de ce plasma, situé dans le domaine X, qui est réutilisé pour induire dans une seconde étape des effets thermodynamiques ou de rayonnement. Chaque thème demande une géométrie de cible bien particulière.
Contribution du Dapnia
Responsabilités scientifiques et techniques
Responsabilité de la préparation de l'exécution et de l'interprétation, partagée avec le Luli.
Etats et perspectives
Dates importantes 1999 : expérience Astrolab de propagation des instabilités hydrodynamiques, sur le laser Phébus (pour mémoire, première expérience d'astrophysique de laboratoire).
1999-2003 : cinq expériences sur la photoabsorption de corps à Z moyen, sur laser Luli 6F.
2000-2002 : trois expériences sur la propagation de chocs radiatifs sur laser LULI 6F.
mi-1999, arrêt installation Phébus.
mi-2003 arrêt de l’installation Luli 6F.
fin 2003 Démarrage installation LULI 2000, et attente ouverture des installations du CEA/Cesta.
1er trimestre 2006 : ouverture installation LIL.
Perspectives Montée en régime opérationnel de l'installation Luli 2000 et amélioration de son instrumentation, en particulier par la création de faisceaux annexes servant aux diagnostic des plasmas.
Ouverture de la salle d'expérience LIL.
Début du projet de construction d'une chaîne petawatt, accolée aux huit faisceaux de la LIL et permettant le couplage entre les phénomènes induits par la haute énergie (nanoseconde) et la haute intensité (picoseconde).
Bilan scientifique et technique Démonstration de la capacité de la communauté ILP à réaliser des cibles complexes.
Maîtrise du diagnostic radiographique des instabilités hydrodynamiques d’interface dans les plasmas denses.
Acquisition de données de physique atomique (opacités) exploitables, d’intérêt pour l’astrophysique.
Production et diagnostic de chocs radiatifs dans le régime supercritique.
Validation de plusieurs codes d’hydrodynamique des plasmas, couplés au rayonnement (1D et multi-D).
Dans la période 2000-2004, ces travaux ont donné lieu à sept articles dans des revues à comité de lecture, dont 1 PRL en 2004.
Faits marquants Création en laboratoire de chocs forts radiatifs et diagnostic de leurs propriétés. Validation de la modélisation utilisée notamment pour des études d’astrophysique au SAp.
Affinement des études d'opacités spectrales (amélioration expérimentale, exploration de plus hautes densités, et par ailleurs perfectionnement des modèles de simulation).
Janvier 2003 : création de l'ILP.
Septembre 2003 : création de la Fédération de Recherche ILP-Recherche.
Contacts:
