Etude expérimentale de l’interaction laser-plasma dans le contexte de la FCI

Contexte :

Le sujet de thèse proposé s’inscrit dans le cadre des études préparatoires à l’atteinte de l’ignition sur le laser Mégajoule (LMJ). La thèse portera plus particulièrement sur la thématique de l’interaction laser-plasma. En vue de réaliser la fusion thermonucléaire inertielle par laser (FCI) en laboratoire, l’interaction laser-plasma est l’un des premiers phénomènes à maîtriser puisqu’elle vise à optimiser l’efficacité et la qualité du dépôt de l’énergie laser. Sur le LMJ, 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 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 [C. Neuville et al., Phys. Rev. Lett. 116, 235002 (2016); S. Depierreux et al., Phys. Rev. Lett. 117, 235002 (2016)].

Objectif de la thèse :

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 clés 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 :

Le travail expérimental s’appuiera sur des installations laser complémentaires disponibles en France (à l’Ecole Polytechnique et au CEA/CESTA) et aux Etats-Unis (Université de Rochester). Les principaux diagnostics sont optiques dans les domaines visible, UV et X. 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.
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. Il(elle) devrait avoir acquis d’excellentes connaissances dans les domaines de la physique des plasmas, de l’interaction laser-plasma, une vision d’ensemble sur toutes les problématiques liées à l’atteinte de l’ignition par laser ainsi que de solides compétences expérimentales en optique dans les domaines visible, UV et X et en analyse de données.

DIRECTEUR DE THESE

Luc BERGE
luc.berge@cea.fr

ECOLE DOCTORALE

ED 572
Ecole Doctorale Ondes et Matière
EDOM
Université Paris-Saclay
Rue André Rivière Bâtiment 520 (ISMO)
91405 ORSAY

ENCADRANT

Sylvie DEPIERREUX
sylvie.depierreux@cea.fr

CENTRE

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