Perspectives

angulaire limit´ee `a ±20◦, ce qui confirme l’existence d’une collimation magn´etique, pr´evue par exemple par les simulations. En revanche, la taille initiale du faisceau est bien plus grande que la tache focale du laser, ce qui sugg`ere des m´ecanismes de diffusion en face avant.

A partir des spectres X, nous avons pu d´eduire des informations quantitatives sur le faisceau (temp´erature moyenne, ´energie totale) et sur le d´epˆot d’´energie. Ces donn´ees ont ´et´e d´etermin´ees grˆace `a une mesure de l’intensit´e Kα absolue sur deux mat´eriaux fluorescents, ainsi qu’`a partir du rapport entre raie principale et raies d´ecal´ees.

– Nous avons estim´e, `a partir des raies Kα de l’aluminium et du cuivre la profon- deur de p´en´etration typique du faisceau (200µm environ dans les cibles conduc- trices), la temp´erature caract´eristique de la source d’´electrons rapides (∼ 400keV ) et l’´energie totale (3 − 10J ).

– Nous avons ´egalement montr´e qu’un processus de recirculation partielle des ´

electrons dans la cible joue un rˆole non n´egligeable eˆut ´egard aux intensit´es absolues Kα mesur´ees.

– Dans le cas des cibles contenant une couche de propagation isolante, nous avons v´erifi´e exp´erimentalement le ph´enom`ene d’inhibition de la propagation des ´electrons, associ´ee au champ ´electrique auto-induit.

– Pour ce qui concerne le chauffage de la cible, nous avons analys´e les intensit´es des raies d´ecal´ees `a l’aide d’un code hybride (PARIS), o`u la dynamique du fais- ceau, le chauffage et la g´en´eration du rayonnement Kα sont pris en compte. L’ionisation du milieu a ´et´e d´ecrite `a l’aide d’un mod`ele de physique atomique adapt´e `a la mati`ere dense (UBCAM). La comparaison entre les calculs et les r´esultats exp´erimentaux montre une disparit´e importante de temp´erature. Les valeurs pr´evues par le code dans nos conditions, plusieurs centaines d’eV , ne sont pas compatibles avec les raies observ´ees, qui indiquent un chauffage plus faible (10 − 30eV ), en accord avec les r´esultats des mesures optiques et XUV. En variant certains param`etres d’entr´ee des simulations, nous avons tent´e de dis- cuter les causes possibles de ce d´esaccord, notamment : des incertitudes sur les caract´eristique de la source d’´electrons inject´ee ou une mod´elisation imparfaite du chauffage de la cible.

6.2

Perspectives

Les r´esultats obtenus au cours de mon travail de th`ese ne permettent pas de conclure sur la faisabilit´e de l’allumage rapide. En effet, nous avons ´etudi´e un milieu de pro- pagation tr`es diff´erent (un solide froid), mais les donn´ees indiquent la possibilit´e de propager un faisceau d’´electrons de fa¸con collimat´ee sur plusieurs centaines de mi- crons. Quant au d´epˆot d’´energie, les r´esultats montrent que le chauffage est inf´erieur (d’environ un ordre de grandeur) aux pr´evisions fournies par les codes hybrides.

Plusieurs perspectives, surtout sur le plan exp´erimental, ´emergent de ce travail, pouvant contribuer `a d´eterminer plus pr´ecis´ement le chauffage et `a ´eclaircir certains aspects de la physique du transport dans les cibles solides froides. A court terme, nous proposons d’am´eliorer les mesures effectu´ees de la fa¸con suivante :

– Utilisation d’un diagnostic de spectroscopie X d’absorption r´esolue en temps, en couplant le spectrom`etre conique avec une cam´era streak X, afin d’´etudier l’´evolution des raies Kα d´ecal´ees de la couche fluorescente d’aluminium [Burnett84]. La source X (`a spectre large), est g´en´er´ee par un faisceau de ”backlighting” et doit avoir une dur´ee suffisante pour pouvoir d´etecter la relaxation thermique de la cible suivant le d´epˆot d’´energie initial par les ´electrons rapides.

– Utilisation d’une double impulsion laser ultra-intense, afin de cr´eer une source se- condaire d’´electrons rapides, qui permettrait de sonder la cible chauff´ee pr´ealablement par les ´electrons g´en´er´es par la premi`ere impulsion.

– Utilisation d’un spectrom`etre toro¨ıdal permettant de r´esoudre en espace l’´emission Kα de la couche d’aluminium, pour tenter de distinguer l’´emission des r´egions centrales plus chaudes de celle des r´egions plus externes froides.

A plus long terme, il serait souhaitable de se rapprocher des conditions r´eelles de l’allumage rapide, par l’´etude de la propagation des ´electrons dans la mati`ere comprim´ee et ionis´ee. Des exp´eriences r´ecentes ont ´et´e conduites `a l’Institut ILE (Japon)[Kodama02], o`u un faisceau laser court (de classe PW) a ´et´e inject´e, par l’in- term´ediaire d’un cˆone m´etallique, dans un microballon DT pr´ecomprim´e. Les r´esultats publi´es montrent une augmentation du taux de neutrons ´emis, li´ee `a une temp´erature du combustible plus importante. Ce r´esultat, tr`es encourageant pour le sch´ema de l’al- lumage rapide, ne permet pas de distinguer les diff´erents processus qui interviennent, le rˆole exact du faisceau d’´electrons relativistes dans cet effet de chauffage, ainsi que l’importance du cˆone. `A partir des travaux r´ecents sur ce sujet, deux directions se d´egagent :

– la d´etermination du chauffage dans les conditions les plus proches possibles du fuel comprim´e ;

– la physique mise en jeu dans le sch´ema du cˆone, tel qu’il est pr´evu dans les exp´eriences ‘globales’ (implosion par faisceaux ns et allumage par faisceau ps).

Nous proposons des exp´eriences en g´eom´etrie plane, comportant une compres- sion importante de la cible par chocs laser. Ces conditions, plus simples et mieux contrˆolables par rapport `a l’exp´erience japonaise en g´eom´etrie sph´erique, permettront peut-ˆetre d’´etudier la propagation du faisceau d’´electrons dans un r´egime `a ce jour inexplor´e, tout en connaissant l’´etat (densit´e et temp´erature) du milieu au moment de l’injection des ´electrons. La compression pourra ˆetre r´ealis´ee par par collision de chocs, avec deux faisceaux nanosecondes. `A titre d’exemple, si l’on focalise deux faisceaux longs (2 × 250J ) sur une cible ‘sandwich’ (SiO2 − Al − SiO2), il est possible d’at-

6.2 Perspectives

teindre de mani`ere tr`es contrˆol´ee une temp´erature d’environ 20 − 30eV et des densit´es 10 − 15 fois la densit´e du solide dans la couche centrale d’aluminium [Hall97, Hall98]. Un faisceau court (PW) sera inject´e ensuite dans la cible pour produire les ´electrons rapides. Des cibles d’aluminium pourront ˆetre utilis´ees, ainsi que d’autres contenant du plastique deut´er´e, pour pouvoir utiliser des diagnostics neutroniques, r´ev´elateurs de la temp´erature ionique du milieu. Il sera possible de d´eterminer l’´etat thermodynamique initial du milieu, par les techniques VISAR[Barker72], utilis´ees dans les exp´eriences de choc. Pour ´etudier la propagation du faisceau d’´electrons, nous proposons des diagnos- tics bas´es sur la d´etection de l’´emission X (comptage, spectroscopie et imagerie Kα), similaires `a ceux que nous avons pr´esent´es dans cette th`ese, ainsi que des diagnostics nouveaux comme la radiographie ”protonique”[Borghesi01].

Enfin, pour ce qui concerne la physique li´ee au cˆone de guidage de l’impulsion courte, plusieurs processus restent inexplor´es exp´erimentalement `a l’heure actuelle, comme par exemple, la p´en´etration du plasma dense dans le cˆone lors de la phase de stagnation, l’absorption de l’impulsion courte dans le cˆone, ainsi que l’acc´el´eration des ´

electrons rapides. Pour ´eclaircir ces aspects, des exp´eriences avec des cibles planes, comprim´ees par choc, et int´egrant un cˆone, afin d’´etudier l’hydrodynamique `a l’inter- face cˆone-cible. Dans une deuxi`eme phase, un faisceau PW pourra ˆetre inject´e dans le cˆone pour cr´eer les ´electrons et ´etudier le d´epˆot d’´energie, suivant les conditions du plasma g´en´er´e dans le cˆone.

Afin de mieux interpr´eter les exp´eriences actuelles et futures, une liaison plus ´etroite entre les r´esultats exp´erimentaux et les simulations de transport va ˆetre n´ecessaire. Une am´elioration des simulations est ´egalement souhaitable, notamment pour ce qui concerne :

– la description de l’ionisation de la cible ou plus en g´en´eral de la relaxation de l’´energie d´epos´ee par le faisceau d’´electrons rapides par collisions et effet Joule ; – la prise en compte des processus r´egissant l’acc´el´eration de protons `a la surface

Annexe A

Annexe : codes de simulation

Dans cette section, nous d´ecrivons bri`evement les trois codes de simulations utilis´es dans cette th`ese : le code hydrodynamique MULTI, le code de transport Monte Carlo PropEl et le code de transport hybride PˆaRIS. Nous nous limitons ici `a expliquer les processus physiques trait´es par ces codes et les approximations faites. Nous renvoyons le lecteur aux r´ef´erences des auteurs pour une description plus d´etaill´ee.

A.1

Code hydrodynamique MULTI-1D

Le code MULTI (MULTIgroup radiation transport in MULTIlayer foils) est un code hydrodynamique d´evelopp´e au Max Planck Institut f¨ur Quantenoptik (Garching, Allemagne) par R.Ramis[Ramis88].

Le code traite les processus d’absorption de l’´energie laser en r´egime impulsions nanosecondes, la formation e la propagation d’ondes de choc ou de rar´efaction, la d´etente dans le vide d’une surface soumise au d´ebouch´e d’un choc ou `a une pression thermique. Le code r´esout les ´equations fluidodynamiques : conservation de la masse, de l’impulsion, et de l’´energie en coordonn´ees lagrangiennes (les cellules de discr´etisation suivent l’´ecoulement du fluide et se d´eforment) en g´eom´etrie 1D (un seul axe spatial).

∂ρ ∂t = −ρ 2∂V ∂m (A.1) ∂V ∂t = −

∂(Pe,th+ Pi,th+ Pvis)

∂m (A.2) ∂Ei ∂t = −(Pi,th+ Pvis) ∂V ∂m − ∂qi ∂m − χ(νei)(Ti− Te) (A.3) ∂Ee ∂t = −Pe,th ∂V ∂m− ∂qe ∂m− Q ρ + Slas,rad ρ + χ(νei)(Ti− Te) (A.4) m(z, t) = Z z −∞ ρ(z0, t)dz0 (A.5)

Le milieu est trait´e comme un fluide `a deux temp´eratures distinctes (Ti, Te) pour les ions et les ´electrons : le code utilise deux ´equations de conservation de l’´energie et r´esout dynamiquement la relaxation de l’´energie entre les deux populations, grˆace `a une constante de couplage associ´ee `a la fr´equence de collisions ´electrons-ions (χ(νei)). Dans le bilan ´energ´etique des ´electrons, le laser (”driver”) intervient sous forme de terme source (S), calcul´e `a partir des caract´eristiques de l’impulsion avec le taux d’absorption par Bremsstrahlung inverse (voir chapitre 2). Uniquement le flux thermique associ´e aux ´electrons est consid´er´e (qi = 0) et approch´e comme moyenne harmonique du flux de Spitzer et du flux limit´e (1/qe= 1/qe,Spitzer + 1/qf).

Le code prend en compte ´egalement l’effet du rayonnement sur l’hydrodynamique (´emission (Q) et r´eabsorption (Srad) d’´energie radiative) en l’incluant dans le bilan ´energ´etique des ´electrons (et de l’impulsion) et en r´esolvant l’ ´equation de transfert radiatif (A.6). 1 c ∂ ∂t+ Ω · ∇ !

I(z, Ω, ν, t) = ξ(z, Ω, ν, t) − κ(z, Ω, ν, t)I(z, Ω, ν, t) (A.6)

Cette derni`ere est transform´ee en un syst`eme d’´equations diff´erentielles en z et t, en divisant le spectre angulaire (Ω) et en fr´equence (ν) des photons en plusieurs groupes discrets ni = (∆Ei, ∆Ωi (traitement multigroupe) sur lesquels l’intensit´e ra- diative I(z, Ω, ν, t) est int´egr´ee.

Les propri´et´es de la mati`ere, c’est `a dire les ´equations d’´etat (´electronique et io- nique) n´ecessaires pour fermer le syst`eme d’´equations `a r´esoudre, les opacit´es (de Rosseland et de Planck) et les ´emissivit´es, sont introduites dans le code par des tables externes (typiquement les tables SESAME du Laboratoire Los Alamos). Le code traite des milieux `a plusieurs couches et diff´erents types d’impulsions laser.