Expériences

Énergie cinétique des électrons et courant du faisceau

Comme dans la partie 6.1, l’énergie cinétique est considérée égale à la tension appliquée dans la diode, mesurée par un diviseur capacitif. Les simulations présentées ici, associées à des mesures complémentaires, permettront de valider ou non cette hypothèse.

Dans la partie 6.1, nous avons montré que la forme du courant mesuré par la bobine de Rogowski est la même que celle du courant mesuré par la FC.

Nous présentons sur la figure 98 la tension appliquée dans la diode et le courant du faisceau pour le tir étudié.

Figure 98 – Tension dans la diode et courant du faisceau mesurés lors d’un tir de choc dans l’aluminium.

Nous obtenons un faisceau de 3,5 kA et une tension de 475 kV. Ces valeurs étant proches de celles obtenues lors de l’imagerie Cerenkov sous 0,1 mbar d’argon, nous

consi-dèrerons pour les premières simulations que le profil du faisceau est identique à celui de la figure 96. Son rayon maximal est de 18 mm, la fluence sur la cible est alors égale à 3,2 cal/cm2, 200 fois plus faible que la fluence délivrée par CESAR (voir chapitre 5).

Caractérisation du choc

Pour caractériser le choc dans l’aluminium, nous utilisons la même solution que sur CESAR : une mesure de vitesse de la face arrière par VH. Le montage utilisé sur CESAR est adapté du RKA, il est ici détaillé sur la figure 99.

Figure 99 – Schéma du montage de VH sur le RKA.

Une pièce d’adaptation permet de tenir le support du montage de VH sur laquelle une pièce de nylon et un diaphragme en graphite, entre lesquels se trouve la cible d’aluminium, viennent se fixer. Ces dernières servent aussi au réglage préliminaire de l’orientation de la cible par rapport aux lasers. Le système de réglage fin de chaque sonde de VH est constitué de trois vis réglables qui changent l’orientation des lasers. Lorsque le maximum de puissance réfléchi dans la fibre optique est obtenu, la sonde est correctement alignée. Nous effectuons des mesures de la vitesse de plusieurs points de la face arrière de la cible, comme indiqué par le schéma de la figure 100.

Figure 100 – Répartition des points de mesures par VH sur la cible.

Sur le diamètre vertical de la cible, 5 sondes sont placées à 10 mm d’intervalle, une d’entre elles est placée au centre. Deux autres sondes sont placées à -30 et -150^◦et à 10 mm du centre. Une voie des oscilloscopes n’est pas utilisée pour les mesures de vitesses mais sert à acquérir un des signaux électriques issu de la diode afin de recaler temporellement les signaux de vitesse.

Le signal de VH brut obtenu pour la voie 1 durant le tir est présenté sur la figure 101.a) et son spectrogramme sur la figure 101.b). La base de temps de cette figure ne correspond pas à celle des signaux électriques expérimentaux, le recalage se fera par la suite.

Figure 101 – (a) Signal brut de VH au centre de la cible et (b) son spectrogramme après traitement.

Nous pouvons observer sur le spectrogramme que l’amplitude du signal est de l’ordre de la taille de la zone d’incertitude liée à la transformée de Fourier. Ce n’était pas le cas sur le spectrogramme d’un signal de VH obtenu sur CESAR, présenté sur la figure 35, car la vitesse atteinte était très grande par rapport à la zone d’incertitude. La valeur maximale de la vitesse est comprise entre 30 et 100 m/s et sa valeur est d’environ 65 m/s après extraction du signal par le logiciel traitant les signaux de VH. Nous présentons les vitesses mesurées sur la figure 102. Elles ont été recalées temporellement en prenant en compte les longueurs des câbles et le retard interne de la mesure par VH.

Figure 102 – Vitesses mesurées de la face arrière de l’aluminium à différents rayons.

Après analyse, la vitesse atteint 65 m/s au centre, 20 m/s à un rayon de 10 mm, et 10 m/s à un rayon de 20 mm. À chaque fois, nous observons une oscillation de la

vitesse : les déformations de l’aluminium ne sont qu’élastiques. Pour les simulations, nous ne retiendrons que la vitesse au centre et à un rayon de 10 mm car la vitesse obtenue à 20 mm est noyée dans la zone d’incertitude.

La variation de la vitesse maximale mesurée en fonction du rayon suggère que le faisceau est plus intense en son centre et qu’il n’est pas aussi uniforme que présenté dans la partie 6.1. Cette hypothèse est confirmée en observant l’état de la face avant de la cible après un tir comme le montre la photographie présentée sur la figure 103. Ici, nous observons la face avant de la cible alors que les images Cerenkov ont été obtenues en photographiant la face arrière de la silice. La zone où de l’aluminium a disparu correspond grossièrement à la zone où l’intensité lumineuse Cerenkov est maximale. Son rayon est bien plus faible que celui du faisceau. Il fait environ 5 mm de diamètre et est excentré de 5 mm vers la gauche.

Figure 103 – Photographie de la cible d’aluminium après un tir.

Pour confirmer et mieux observer l’inhomogénéité et le décentrage du faisceau de façon qualitative, nous avons réalisé d’autres tirs en traçant sur les cibles un repère. Nous avons utilisé une cible d’aluminium et des cibles en PVC sur lesquelles le faisceau laisse une empreinte très marquée et intégrée sur la durée. Sur la figure 104, nous présentons les photographies de ces cibles, toutes d’un diamètre de 50 mm.

Figure 104 – Photographies de cibles en aluminium ou en PVC après les tirs.

entre 2 et 5 mm pour les cibles en PVC et est de l’ordre de 5 mm pour la cible en alu-minium. De plus, le faisceau n’est pas homogène : sur les cibles en PVC, il est plus dense en son centre (sur un diamètre de 15 à 20 mm) et son rayon maximal est d’environ 40 mm.