Etudes numériques de l’interaction laser plasma en champ intermédiaire sur le Laser Mégajoule

Contexte :

Dans les expériences de Fusion par Confinement Inertiel (FCI) réalisées sur le Laser Mégajoule (LMJ) au CEA, des faisceaux lasers intenses traversent une cavité remplie de gaz. Aux niveaux d’éclairement considérés (>1E15 W/cm²), ce gaz est rapidement ionisé. Les faisceaux se propagent ainsi dans le plasma formé et sont soumis à différentes instabilités néfastes pour réaliser la fusion. Des techniques dites de lissage optique ont ainsi été proposées pour tenter de supprimer ou réduire ces instabilités. Elles consistent à briser les cohérences spatiales et temporelles des impulsions lasers afin que les longueurs et temps caractéristiques du faisceau laser soient plus petits que ceux requis pour le développement des instabilités. La brisure de la cohérence spatiale est réalisée par une lame de phase qui va répartir l’énergie laser en une multitude de grains de lumière appelés points chauds. La brisure de cohérence temporelle s’effectue en élargissant le spectre et en dispersant chacune des fréquences grâce à un réseau. La connaissance des caractéristiques des points chauds (largeur, longueur, contraste, temps de cohérence, vitesses …) est importante pour prédire le niveau des différentes instabilités et celles-ci peuvent évoluer en fonction du temps et au cours de la propagation des faisceaux.

Objectif de la thèse :

Par souci de simplicité, les instabilités se développant lors de l’interaction laser-plasma sont le plus souvent étudiées dans des cas idéaux (plasma homogène) et autour du point de focalisation des faisceaux lasers. Or dans les expériences de FCI réalisées sur le LMJ, les faisceaux sont focalisés près du trou d’entrée laser de la cavité qui a une longueur d’environ 1 cm. Des instabilités peuvent donc se produire à la fois en amont du meilleur foyer (dans le plasma créé par l’explosion de la fenêtre) et aussi et surtout en aval de celui-ci (assez loin à l’intérieur de la cavité). Le but de la thèse est d’étudier comment le développement de certaines instabilités peut varier lorsqu’il se produit loin du meilleur foyer du faisceau laser. Nous nous concentrerons en particulier sur les instabilités de propagation (autofocalisation, diffuson Brillouin vers l’avant) et sur la rétrodiffusion Brillouin. Le travail sera réalisé grâce à de nombreux outils de diagnostics et à des codes numériques existants.

Déroulement de la thèse :

Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre d’une collaboration entre plusieurs unités du CEA. La première étape consistera en une recherche bibliographique sur la FCI.
Les codes utilisés par notre laboratoire depuis plusieurs années ont donné lieu à de nombreuses publications. Ils pourront cependant être modifiés ou améliorés en fonction des besoins pour les études réalisées. Une deuxième étape portera sur ce travail numérique.
L’objectif principal du travail de thèse sera ensuite d’évaluer les différentes options envisageables du lissage sur le LMJ lorsque les instabilités se développent en champ intermédiaire, c’est-à-dire loin du meilleur foyer laser.

DIRECTEUR DE THESE

Denis PENNINCKX
Denis.Penninckx@cea.fr

ECOLE DOCTORALE

ED 572
Ondes et Matière
Université Paris-Saclay
Rue André Rivière
Bâtiment 520
ISMO
91405 Orsay

ENCADRANT

Gilles RIAZUELO
Gilles.Riazuelo@cea.fr

CENTRE

DAM – Île-de-France
Bruyères-le-Châtel
91297 Arpajon
Tél. : 01-69-26-40-00