Cible solide

Afin de d´efinir et dimensionner la cible multicouche servant d’ablateur et de pousseur, nous avons utilis´e le code hydrodynamique monodimensionnel MULTI [Ramis et al. 1988], voir l’appendice A). Ce code, bien adapt´e aux exp´eriences d’interaction laser mati`ere, nous a permis de d´ecrire le d´epˆot d’´energie, la g´e-n´eration de l’onde de choc dans le front d’ablation et sa propagation dans les couches successives (voir figure 4.4).

CH Ti CH Xénon

Tri-couche

2005

CH Ti Xénon

Bi-couche

2002 Pousseur

Laser Gaz

Figure 4.4 Sch´ema des cibles bi-couches (2002) et tri-couches (2005).

De mani`ere g´en´erale, comme cela a ´et´e montr´e auparavant [Benuzzi et al.

1998a], nous avons choisi comme ablateur du plastique afin de r´eduire les rayons X-durs cr´e´es dans la couronne et minimiser donc le pr´echauffage. Afin d’absorber les rayons X r´esiduels se propageant `a l’int´erieur de la cible, nous avons introduit apr`es la premi`ere couche de plastique un bouclier de Titane.

Ce simple bicouche a ´et´e utilis´e pour la campagne effectu´ee en 2002 sur la chaˆıne 6F du LULI. Plus r´ecemment (campagne 2005 sur le LULI2000), nous avons ajout´e une troisi`eme couche (encore de plastique) en face arri`ere apr`es le Titane pour deux raisons principales :

1. acc´el´erer le choc par d´esadaptation d’imp´edance (voir chapitre 2)

2. pouvoir avoir une jauge de r´ef´erence pour la mesure de la temp´erature (voir paragraphe 4.3.2 suivant)

La technique de d´esadaptation d’imp´edance nous aide `a ´etudier de fa¸con simple le passage du choc g´en´er´e dans la couche de plastique (ablateur) `a la couche de Titane (bouclier radiatif). En suivant le chemin des courbes d’Hugo-niot, montr´e sur la figure 4.5, on voit que pour passer d’un mat´eriau `a l’autre, il suffit de « sauter » d’une courbe `a l’autre.

O

Figure 4.5 Construction du passage du choc dans le pousseur `a couches multiples.

Courbes issues des tables SESAME

Ainsi on atteint le point A avec la g´en´eration du choc dans le plastique-ablateur suivant la courbe d’hugoniot −→

OA. Au passage entre le plastique et le Titane, le choc est r´efl´echi dans le plastique (voir section 2.2.5.3) et suit la courbe −→

AB appel´e polaire chaude² pour atteindre l’hugoniot du Titane au point B. Comme on peut le constater, comme le Titane est un mat´eriau `a imp´edance plus ´elev´ee, le choc se propage plus lentement, mais atteint des pressions plus

´elev´ees.

A partir de ce point, si on laisse le Titane se d´etendre dans le vide (ou dans` un gaz peu dense comme le X´enon³), suivant la courbe adiabatique de d´etente

−−→BD^′ (qui a comme point de d´epart le point B dans le plan P −Us) on pourrait atteindre la vitesse de ≈ 55km/s (point D’).

Comme on peut le remarquer sur le sch´ema, si on ajoute aux deux couches Plastique-Titane, une troisi`eme de plastique, on acc`ede `a une vitesse plus ´elev´ee

2Calcul´ee comme la sym´etrique de l’Hugoniot qui a comme point de d´epart les valeurs du point A dans le planP−Us.

3En effet sur ce diagramme, la courbe d’Hugoniot du X´enon ne serait pas visible, mais confondue avec l’axe des abscisses.

(∼ 65km/s) d´enot´ee par le point D. En effet, une fois le point B atteint, comme dans le cas pr´ec´edent, le choc passe `a nouveau dans la troisi`eme couche de plas-tique suivant la courbe adiabaplas-tique menant au point C sur la courbe d’hugoniot du plastique. Ensuite, le choc subit une d´etente adiabatique suppl´ementaire sui-vant la courbe −→

CD (suivant l’adiabatique de relaxation du plastique) qui m`ene au point D sur le diagramme `a plus de 65km/s. Par cons´equent cette derni`ere couche de plastique nous permet d’acc´el´erer le choc.

CH 25 µm Xénon 0.1 − 0.3 bar

Laser ^{Ti 3 µm}

Vitesse du choc − 35 km/s

CH 30 µm

Figure 4.6 Cible Solide : dimensionnement `a l’aide de MULTI.

Pour optimiser les param`etres des cibles, notamment les ´epaisseurs des couches, nous avons effectu´e toute une s´erie de simulations num´eriques `a l’aide du code MULTI. Afin d’illustrer les discussions pr´ec´edentes, nous pr´esentons dans la figure 4.6 les r´esultats d’une simulation pour le cas d’une cible tricouche de la campagne 2005. On repr´esente en abscisse la position initiale de la cellule (g´eom´etrie langrangienne cfr section 2.2), en ordonn´ee le temps et en ´echelle de gris, la pression.

Pour cette simulation, l’intensit´e laser est de 7×10¹³W/cm², qui est atteinte en 150 ps et maintenue pendant 1.2ns pour ensuite s’´eteindre en 150ps. Comme on peut le voir, la pression `a laquelle on arrive dans le processus d’ablation cor-respond `a celle donn´ee par la formule 2.35, c’est-`a-dire 13 Mbar (corcor-respondant au point A de la figure 4.5). Ensuite lors du passage dans le Titane, la pression monte jusqu’`a 25 Mbar (point B de la figure 4.5) pour ensuite diminuer tout en acc´el´erant jusqu’`a une vitesse de 35 km/s (qui correspond au point C de la figure 4.5).

Type Materiel 2002 2005

Ablateur CH 3 µm 20 µm

Bouclier Ti 2 µm 3µm

Acc´el´erateur CH 25 µm

Tableau 4.1 Composition des pousseurs dans les deux campagnes

Dans le tableau 4.1, on rappelle les ´epaisseurs les mieux adapt´ees des ma-t´eriaux composant le pousseur suivant les diff´erents conditions laser des deux campagnes (2002 et 2005). Comme on peut le voir, pour la premi`ere campagne aucun acc´el´erateur n’´etait utilis´e. En raison de la plus grande intensit´e dispo-nible sur le laser LULI2000 (le double de celle dispodispo-nible sur l’ancienne 6F), les

´epaisseurs ont augment´e de fa¸con significative.

A partir d’une simulation hydrodynamique, diff´erentes donn´ees li´ees `a la` propagation du choc sont accessibles. Par exemple, nous pr´evoyons les conditions du choc dans le pousseur (LULI2000) telles que celles pr´esent´ees dans le tableau 4.2. Le param`etre que nous avons fait varier dans les deux cas est l’intensit´e laser.

faible intensit´e grande intensit´e

Vitesse 30 km/s 40 km/s

Pression 9 Mbar 10 Mbar

Temp´erature 5.5 eV 6.5 eV

Tableau 4.2 Valeurs des grandeurs hydrodynamiques dans la derni`ere couche du pousseur pour des conditions typiques du laser LULI2000