Shock-timing experiments for Inertial Confinement Fusion
Etude expérimentale du séquencement des chocs pour la Fusion par Confinement Inertiel
Résumé
The Laser Mégajoule (LMJ), which should achieve energy gain in an indirect drive inertial confinement fusion configuration, is being built in France by the CEA (Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives). To achieve thermonuclear ignition, the compression of a spherical target will have to be controlled by a series of accurately timed centripetal shocks, with a finely tuned level. A first experiment, performed in 2010 on the LIL (Ligne d'Intégration Laser) facility at CEA, has allowed us to study the coalescence of two planar shocks in an indirectly-driven sample of polystyrene, within the framework of shock timing. The main objectives were to validate the experimental concept and the numerical simulations, as a proof-of-principle for future shock-timing campaigns. The main diagnostics used for this study are VISAR (Velocity Interferometer System for Any Reflection) and an optical shock breakout diagnostic, taking into account optical perturbations caused by X-rays. In another experiment, conducted on the LULI (Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses) laser facility in 2010, we studied the timing of two planar directly-driven shocks using the same diagnostics. This latter study is related to the shock ignition concept, with the long-term perspective of energy production. This thesis presents these two experiments and their results.
Le Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA) construit actuellement en France le Laser Mégajoule (LMJ) qui devrait permettre d'obtenir la fusion par confinement inertiel avec gain, en attaque indirecte. Afin d'atteindre l'ignition thermonucléaire, la compression d'une cible sphérique devra être contrôlée par une série de chocs centripètes dont la chronométrie et le niveau seront précisément maîtrisés. Une première expérience, menée en 2010 sur la Ligne d'Intégration Laser (LIL) au CEA, dans le cadre de la campagne de chronométrie de chocs, nous a permis d'étudier la coalescence de deux chocs plans dans une cible de polystyrène en attaque indirecte. L'objectif était de valider le concept expérimental et les simulations numériques, démontrant le principe de campagnes futures qui devront à terme permettre d'atteindre les précisions souhaitées sur les temps et les vitesses. A cette fin, nous avons mis en oeuvre des diagnostics vélocimétriques (Velocity Interferometer System for Any Reflection - VISAR) et de visualization de débouché de choc, en prenant en compte les problèmes optiques liés au rayonnement X. En parallèle une expérience menée au Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses (LULI) en 2010, nous a donné l'occasion d'étudier la chronométrie de deux chocs plans en attaque directe grâce aux mêmes diagnostics. Cette dernière étude se rattache au concept d'allumage par choc, dans un but, à terme, de production d'énergie. Cette thèse présente ces deux expériences, avec leurs résultats.