Contexte :

Le sujet de thèse proposé s’inscrit dans le cadre des études préparatoires à l’atteinte de l’ignition sur le laser Mégajoule. La thèse portera plus particulièrement sur la thématique de l’interaction laser-plasma. Celle-ci est l’une des premières à maîtriser en vue de réaliser la fusion thermonucléaire inertielle par laser (FCI) en laboratoire puisqu’elle vise à optimiser l’efficacité et la qualité du dépôt de l’énergie laser. La configuration retenue dans un premier temps pour les expériences à l’échelle mégajoule est celle de l’irradiation indirecte dans laquelle la capsule de combustible deutérium-tritium est placée au centre d’une cavité en or de dimensions millimétriques: l’énergie laser est d’abord convertie en rayonnement X sur les parois internes de la cavité avant d’irradier la capsule. Les faisceaux laser (plus de 100 faisceaux à terme) sont distribués en cônes et superposés à l’entrée de la cavité pour irradier les parois de façon relativement homogène. L’éclairement laser résultant et la répartition régulière favorisent les couplages résonants instables entre les modes propres du plasma et les faisceaux laser au travers d’instabilités dites collectives où l’une des ondes est stimulée par plusieurs faisceaux répartis sur un cône. Ce type d’effets a récemment été mis en évidence dans nos expériences réalisées sur l’installation laser Omega aux Etats-Unis [C. Neuville et al., Phys. Rev. Lett. 116, 235002 (2016) ; S. Depierreux et al., Phys. Rev. Lett. 117, 235002 (2016)].

Objectif de la thèse :

Dans ce contexte, l’objectif de la thèse sera de définir, réaliser et analyser des expériences dédiées, en lien avec les codes en cours de développement, sur la thématique de l’interaction multi-faisceaux. Plus précisément, il s’agira de poursuivre la mise en évidence des mécanismes de couplage collectif et d’identifier les paramètres clé qui gouvernent leur développement dans les expériences FCI. A terme, l’objectif est de définir les conditions laser et plasma permettant de maîtriser ces effets à l’échelle mégajoule

Déroulement de la thèse :

Pour cela, le travail expérimental s’appuiera sur trois grands types d’expériences réalisées sur les installations laser complémentaires disponibles en France (à l’Ecole Polytechnique et au CEA/CESTA) et aux Etats-Unis (Omega à l’Université d Rochester). Ces expériences seront définies pour étudier et quantifier les instabilités collectives dans des configurations impliquant jusqu’à 40 faisceaux. Les principaux diagnostics qui seront mis en place dans ces expériences sont optiques dans les domaines visible, UV et X. En raison des enjeux liés aux pertes d’énergie potentiellement importantes par ces instabilités, de tels instruments sont en cours de réalisation et seront bientôt disponibles pour l’installation LMJ du CESTA. Les expériences associées fourniront des résultats dans des conditions de plus en plus représentatives de la FCI permettant de tester les modèles qui auront été développés au travers des expériences élémentaires. L’interprétation des observations expérimentales correspondantes s’appuiera sur les codes PIC (Particle in Cell) et de couplage d’ondes existants et en cours de développement. Au-delà de l’apport pour le développement des codes d’interaction dans le cadre de la FCI, ces expériences de base intéressent les différents schémas d’amplification d’impulsions courtes dans des plasmas visant à repousser les limites vers les ultra-hautes intensités au-delà de la limite technologique de tenue au flux des réseaux inhérente à la méthode CPA.

A l’issue de la thèse, l’étudiant(e) sera formé(e) à la conception d’une expérience sur une installation laser de puissance et plus généralement à la conduite d’un grand projet scientifique. Sur le plan de la physique, il(elle) devrait avoir acquis une formation solide sur la thématique de la physique des plasmas, de l’interaction laser-plasma ainsi qu’une vision d’ensemble sur toutes les problématiques liées à l’atteinte de l’ignition par laser. Sur le plan pratique, l’étudiant(e) aura acquis une expérience solide en optique dans les domaines visible, UV et X et en analyse de données.

Directeur de thèse et école doctorale :

Christine LABAUNE – ED Ondes et Matière (OM) – ED 572 – Université Paris-Saclay

Contact :

Sylvie DEPIERREUX – CEA/DIF – Bruyères-le-Châtel – 91297 Arpajon – 01 69 26 40 00