Pour se rapprocher des conditions du milieu de transport mises en jeu dans le sch´ema de l’allumage rapide (plasma dense et ionis´e), nous avons effectu´e une s´erie de tirs sur un type particulier de cibles multicouches, pr´eionis´ees avant l’arriv´ee des ´electrons rapides. Le but ´etait d’´etudier le transport/chauffage dans un milieu ionis´e de mani`ere uniforme et contrˆol´ee (figure 4.38).
4.7 Cas particulier : cibles mousses pr´eionis´ees Mousse de C ∅ 0.4 mm 100 mg cm-3 Tache focale faisceau court 2+2 faisceaux ns Diagnostics en face arrière Faisceaux ns Faisceau court (Schéma, vue frontale) (Vue 3D)
Convertisseur X (Au)
Fig. 4.38 – Sch´ema (vue frontale et 3D) des cibles de mousse, avec la cavit´e de chauffage en or, les 4 faisceaux ns de chauffage et le faisceau court pour la g´en´eration des ´electrons rapides.
de densit´e 100mg, cm−3 comme couche de transport, situ´ee entre une couche frontale d’aluminium et les deux couches fluorescentes (Cu + Al) d´ej`a d´ecrites. Pour r´ealiser un pr´echauffage important et uniforme de la couche de mousse, avant l’arriv´ee de l’impulsion courte, nous avons adopt´e une configuration du type ”hohlraum”. Quatre faisceaux laser en impulsion longue (4 × 80J , 1.2ns `a 2ω) ont ´et´e focalis´es `a l’int´erieur d’une microcavit´e en or contenant la mousse (fabriqu´ee par General Atomics). La cavit´e agit comme convertisseur, transformant l’´energie laser en rayons X, capables de chauffer de mani`ere uniforme la mousse. Deux ouvertures coniques dans la cavit´e permettent l’acc`es de l’impulsion laser courte (en face avant de la cible) et la d´etection du rayonnement ´emis par la face arri`ere.
Malheureusement, malgr´e un ´ecrantage important, le rayonnement issu de la ca- vit´e lors des tirs a compl`etement satur´e nos diagnostics X. En particulier, les spectres montrent un continuum d’´emission tr`es intense, ainsi que les raies thermiques de la couche d’aluminium et plusieurs raies Kα d´ecal´ees. Cependant, le chauffage que l’on pourrait en d´eduire ne peut pas ˆetre attribu´e de mani`ere univoque aux ´electrons ra- pides. Mˆeme si les r´esultats de cette s´erie de tirs ne sont pas exploitables, le sch´ema de l’hohlraum reste valable pour une exp´erience future. A ce propos, les difficult´es rencontr´ees sugg`erent, d’une part d’utiliser la cavit´e comme convertisseur X ”en tras- mission”, c’est `a dire en focalisant les faisceaux de chauffage `a l’ext´erieur de la cavit´e elle-mˆeme, d’autre part de mieux ´ecranter la partie arri`ere de la cible, o`u les diagnostics sont situ´es.
4.8
Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons d´ecrit les exp´eriences effectu´ees au LULI et au RAL, o`u nous avons utilis´e des diagnostics bas´es sur le rayonnement X Kα et XU V , afin d’´etudier plus en d´etail les ph´enom`enes li´es au transport et au chauffage des ´electrons rapides. Ces diagnostics ´etaient les suivants :
– un syst`eme d’imagerie bidimensionnelle monochromatique Kα d’une couche fluo- rescente, pour ´etudier la g´eom´etrie du faisceau d’´electrons.
– pour l’´etude de la profondeur de p´en´etration du faisceau d’´electrons ainsi que du chauffage `a l’int´erieur mˆeme de la cible, nous avons d´evelopp´e un diagnostic nouveau de spectroscopie X, bas´e sur un cristal courb´e tronconique et calibr´e de mani`ere absolue.
– un diagnostic d’imagerie d’´emission propre de la surface arri`ere, dans le domaine XUV, afin d’´etudier la r´egion chauff´ee en face arri`ere, comme nous l’avions fait dans le domaine optique auparavant.
Nous rappelons que les diagnostics XUV et d’imagerie Kα ont ´et´e d´evelopp´es et ins- tall´es par nos collaborateurs du LLNL.
Pour ce qui concerne la g´eom´etrie du faisceau, les r´esultats r´ev`elent tous une diver- gence angulaire limit´ee `a ±20◦. En revanche, la taille initiale du faisceau est beaucoup plus grande que tache focale du laser (facetur 2 − 3), mˆeme pour des cibles tr`es minces. Des ph´enom`enes de filamentation du faisceau d’´electrons sont visibles dans les cibles avec couche de propagation plastique et dans d’autres incluant des interfaces coll´ees.
L’´emission XU V , visible jusqu’`a 30µm d’´epaisseur dans l’aluminium (exp´erience LULI), rev`ele des temp´eratures de l’ordre de 20 − 30eV , comparables aux r´esultats obtenus avec les diagnostics optiques (chapitre 3).
A l’aide du spectrom`etre conique, nous avons pu d´etecter, sur le mˆeme spectre, les raies Kα de deux couches fluorescentes de cuivre et d’aluminium. Pour ce dernier, les raies Kα d´ecal´ees spectralement, li´ees `a l’ionisation et donc au chauffage de la cible, ont ´et´e observ´ees pour la premi`ere fois dans de telles conditions d’irradiation. En particulier, nous avons pu mesurer de mani`ere absolue l’intensit´e d’´emission Kα des couches fluorescentes en fonction de l’´epaisseur, ainsi que les raies d´ecal´ees de l’aluminium. En particulier, nous avons observ´e l’existence de la raie 5+ (jusqu’`a ∼ 100µm de profondeur ) et 6+ (jusqu’`a ∼ 20µm), qui sugg`ere un chauffage en profondeur de la cible. Une analyse d´etaill´e de ces r´esultats, dans le cadre des mod`eles de transport des ´electrons rapides, est pr´esent´ee dans le prochain chapitre.
Chapitre 5
Caract´erisation du faisceau
d’´electrons et estimation du
chauffage
5.1
Introduction
Dans ce chapitre, nous pouvons analyser en d´etail les r´esultats obtenus `a l’aide du diagnostic de spectroscopie Kα (chapitre 4). A partir de ces donn´ees, nous allons d´eduire des informations relatives au faisceau d’´electrons rapides et son transport dans la cible solide :
– l’´energie totale et la temp´erature caract´eristique de la source d’´electrons rapides, `
a partir de la profondeur de p´en´etration du faisceau ;
– l’influence de la recirculation (partielle ou totale) des ´electrons dans la cible ; – l’influence des caract´eristiques ´electriques initiales de la cible (isolant, conduc-
teur) sur les propri´et´es mentionn´ees ci-dessus ;
– une estimation du chauffage en profondeur, `a partir des raies Kα d´ecal´ees. Nous allons aborder ces points en comparant les donn´ees exp´erimentales (obtenues principalement dans l’exp´erience du RAL) avec des mod`eles purement collisionnels. Dans certains cas typiques, nous traitons le probl`eme du transport avec un code PIC hybride, qui tient compte des champs auto-g´en´er´es.