INTERACTION D'UN PLASMA CREE PAR LASER AVEC DES INDUCTIONS DE PLUSIEURS CENTAINES DE KILOGAUSS

HAL Id: jpa-00214677

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Submitted on 1 Jan 1971

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INTERACTION D’UN PLASMA CREE PAR LASER AVEC DES INDUCTIONS DE PLUSIEURS

CENTAINES DE KILOGAUSS

G. Tonon, M. Rabeau, D. Schirmann

To cite this version:

G. Tonon, M. Rabeau, D. Schirmann. INTERACTION D’UN PLASMA CREE PAR LASER AVEC

DES INDUCTIONS DE PLUSIEURS CENTAINES DE KILOGAUSS. Journal de Physique Colloques,

1971, 32 (C5), pp.C5b-139-C5b-141. �10.1051/jphyscol:19715103�. �jpa-00214677�

IN'ERAEION D'UN PLASMA CREE PAR LASER AVEC DES INWCTIONS DE F'LüSIEURS WTAINES DE KILOGAUSS

O. Tonon, M. Rabeau, D. Schinnann

Commissariat B 1'Energie Atomique, Centre d ' ~ t u d e s d e Limeil B . P . no 27. 94

-

Villeneuve-Saint-ffeorges

Résumé

-

Nous étudions l ' i n t e r a c t i o n d'un plasma c r é é par l a s e r avec une induction ma- gnétique élevée. La d e n s i t é e t l a température du plasma sont mesurées au moyen d'un d i s - p o s i t i f interférométrique e t A p a r t i r de l'émission X par l a méthode des absorbants. La d é t e c t i o n des d i f f é r e n t s ions émis par l e plasma e s t effectube au moyen d'un analyseur é l e c t r o s t a t i q u e .

Abstract

We study t h e i n t e r a c t i o n of a l a s e r created plasma with a high m g n e t i c induc- t i o n . The e l e c t r o n i c d e n s i t y and t h e e l e c t r o n i c temperature of t h e plasma a r e meaçured r e s p e c t i v e l y by using an interferometric system and by using t h e X r a y s absorbing f o i l s methd. By means of an e l e c t r o s t a t i c analyser, we analyse t h e d i f f e r e n t l y charged ions emitted by t h e plasma.

LE DISPOSITIF MPERIMDJTAL

Le plasma est crké en f o c a l i s a n t l e f a i s ceau de lumikre infrarouge ( ? , O 6

p )

émis par un l a s e r B v e r r e dopé au néodyme (35 n s

-

50 J ) sur une c i b l e en polykthylbne (C2 H4)n d e 200

p

d ' 6 p a ~ - seur. La d i s t a n c e focale de 1' obJectif de focalisa- t i o n e s t d e 400 mm e t s a tache focale (1/10 mm 2 ) permet d ' a t t e i n d r e des kclairements supérieurs à 1012 w/cm2. Le plasma e s t c r é é au c e n t r e d'une gkométrie magnétique B miroirs

Li/,

1

'

induction magnétique é t a n t p a r a l l è l e B l a c i b l e e t normale au faisceau l a s e r . Le rapport de miroir R = 4/3 e s t obtenu B l ' a i d e de deux s p i r e s de 8 , 5 r n de dia- mètre, d i s t a n t e i d e 5 mm e t alimentées en paral- l k l e par un banc de condensateurs (45 kJ

-

^{20 kV).}

Le plasma e s t c r é é h l ' i n s t a n t oÙ l ' i n d u c t i o n magnetique a t t e i n t s a valeur maximum : l a période d ' o s c i l l a t i o n de l ' i n d u c t i o n e s t suffisanunent grande (30 p s ) pour que l ' i n d u c t i o n puisse &re considerde corne constante pendant t o u t e l a durée d e 1' impulsion l a s e r .

LES DIAGNOSTICS

La d e n s i t é du plasma e s t 6 W i é e B d i v e r s i n s t a n t s au moyen d'un interféromètre de JAMIN u t i l i s a n t corne détecteur une caméra u l t r a r a p i d e synchronisée avec l'impulsion l a s e r e t dont l e temps de pose e s t de 10" S. L'analyse du plasma e s t r é a l i s é e par un faisceau de lumière infrarouge

(1,06

p)

prélevé s u r l e faisceau créant l e plasma e t e l l e s ' e f f e c t u e normalement A 1 'induction ma- gnétique e t B l ' a x e l a s e r .

La mesure d e l a température é l e c t r o n i - que s e f a i t B p a r t i r d e 1'6mission X du plasma par l a méthode classique des absorbants

fi]

q u i dans n o t r e cas sont des f e u i l l e s d e béryllium. Les deux chaînes d e mesures (absorbants

+

s c i n t i l l a - t e u r

+

p h o t o m l t i p l i c a t e u r s ) ont des temps d e montées d e 5~10-' s e t qont synchronisées A mieux que 5x1~-9 s par rapport B ï'impuïsion l a s e r c e q u i permet d e s u i v r e l ' é v o l u t i o n d e l a température au cours d'un tir l a s e r .

Un analyseur d l e c t r o s t a t i q u e permet d e t r a c e r l e s fonctions de d i s t r i b u t i o n des v i t e s - s e s des d i f f é r e n t s types d'ions présents dans l e plasma.

Les lnterférogramnes

L4/

montrent que l'expansion du plasma, sensiblement sphérique, en l'absence de confinement, e s t f r e i n & B l a f o i s axialement (// B) e t transversalement (

I

B) en prksence d'une induction magnétique 6lev6e. Sur l a f i g u r e 1 , nous donnons l e s p r o f i l s de l a d e n s i t é

électronique ne suivant l ' a x e d e tir du l a s e r au temps t 25 n s ( l ' o r i g i n e des temps é t a n t p r i s e au maximum d e l'impulsion l a s e r ) pour

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:19715103

G. TONON ET AL.

différentes % a l e s de l'induction magnétique B

:

il

y

a augmentation de la densité la périphérie du plasma, cette augmentation étant proportionnelle

& B c'est-&-dire 2 &

la pression magnétique appli-

quée et diminution de la dimension du plasma pro- portionnellement

& 1/8.

épaisseur du boumelet de densité de l'ordre du millimétre sur la figure

1

caractérise la profondeur de p6nétration du champ au sein du lasm ma.

En plus de la diffusion du champ au sein du plasma, il

y

a augmentation du volume occupé

par

le plasma au cours du temps. Ce fait est do, en partie,

&

l'augmentation continue du nombre de par- ticules injectées dans le plasma au niveau de la cible pendant l'impulsion laser. La figure 3 montre l'évolution

du

nombre total d'électrons Ne présents dans le plasma en fonction du temps et pour diver-

ses valeurs de 116clairement laser

8.

figure 1

L'évolution de la pénétration du champ au cours du temps peut s'observer sur la figure

2

où nous avons tr&é les profils de la densité électronique suivant l'axe de tir du laser

&

dif- férents instants dans le cas d'une induction

magné-

tique égde

B 160

kilogauss. La diffiisiun de

l'induction liée

&

la conductivit6 du plasma ou

f

igu ~e 3 l

plus précisément

h

sa température, reste faible

pendant l'impulsion laser Jusqu'h

25

us environ et Nous

y

avons tracé également l'impulsion devient trbs importante A la fin de l'impilsion laser. On constate que le nombre d'électrons

:

laser (au-del8 de 45 n.s), quand le plasma se re-

froidit.

1)

varie au caurs du temps suivant une loi qui

fait intervenir la dynamique de l'impilsion laser.

2)

augmente,

à

un instant donn6, en fonction de l'éclairement laser suivant une loi en &/3 déJ& signalée par d'autres auteurs m.

L'évolution de la température 6lectroni- que Te du plasma pendant l'impulsion laser est représentée sur la figure 4 où nous avons égaiement tracé l'impulsion laser et l'impulsion X détectée.

La température atteint sa valeur maximale au som- met de l'impulsion laser et pour un éclairement de

1 012

w/cm2.

8

a valeur est de

220

eV.

INTERACTION D'UN PLASMA AVEC DES INDUCTIONS DE PLUSIEURS CENTAINES DE G C5b-]41

La f i g u r e

5

montre l ' é v o l u t i o n de l a température du plasma en fonction de l'éclairement l a s e r ,d avec e t sans champ appliqué. Nous n'obser- vons pas d'augmentation notable de l a température due au confinement magnétique. Cette température c r o f t avec l'éclairement l a s e r proportionnellement

A #13

selon l e modèle de l a déflagration radia- t i v e

Lu.

-

figure

5

La f i g u r e

6

représente un o s c i ï ï ~ a m n e des d i f f ë r e n t s ions d é t e c t é s par l'analyseur Bïec- t r o s t a t i q u e dans l e c a s d'un éclairement l a s e r d e 1

012

w/cm2. Le ,rapport de 1 'énergie des ions W B l e u r degré de charge Z e s t de 1 keV. La séparation

d i s t r i b u t i o n e s t maxwellienne e t q u ' e l l e e s t oen- t r é e sur une énergie de

10

keV

l23.

Les d i v e r s r d s u l t a t s expérimentaux per- mettent :

1 ) d' i n t e r p r a t e r 1

'

i n t e r a c t i o n du rayonnement l a s e r avec l a c i b l e au moyen d'un modele de déflagration r a d i a t i v e proposé par FAiQUIGNCN e t n o u ~

&7,

2 ) de c a r a c t é r i s e r l a z m e de d i f f u s i o n du champ magnétique au s e i n du plasma e t de suivre c e t t e d i f f i s i o n pendant t o u t e l a durée d e 1

'

impulsion l a s e r .

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1 2

1795

temporelle des ions en où M e s t l a masse des ions, e s t obtenue dans l a base du temps de vol e n t r e l a c i b l e e t l e détecteur. La pr6sence d'ions C 6-t oonflrme l a valeur de l a température électroni- que précédernent mesurée. Le t r a c é du spectre d'énergie des ions

c6+

montre que l e u r fonction de