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Theses Year : 2014

Development of a hardened X-ray imager for the Megajoule Laser radiative environment

Développement d'un imageur à rayons X durci pour l'environnement radiatif du Laser Mégajoule

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Abstract

Thermonuclear fusion experiments are led on megajoule class laser facility by imploding a capsule filled with Deuterium and Tritium. In this context, it is necessary to diagnose the core size and the shape of the compressed target in order to provide valuable information and identify reasons for failure. State of the art X-ray imaging diagnostics cannot realize measurments without being perturbated by the nuclear background. The diagnostic that has been designed in this thesis combine high spatial resolution X-ray imaging at high energy and radiation tolerance to nuclear background. We have first guaranteed, theoretically and experimentally, survivability of X ray multilayer coating to energetic neutrons irradiation. Consequently, we have design the X-ray imaging system in order to achieve 5 µm resolution in a spectral range up to 95 keV. The X-ray image has then been converted into visible light in order to be easily transfered throught a hardened optical relay to a protected area where the optical analyser is set. This analyser, combining light amplifier and pixelised detector, has also been studied and a novel method has been developped to reduce nuclear related transient perturbations on the device. This by parts design associated with Monte-Carlo Simulation (GEANT4) and experimental campaign on FCI facility (OMEGA) led to a coherent diagnostic architecture wich will sustain high level of nuclear perturbation.
La fusion thermonucléaire peut être obtenue sur les installations laser de classe mégajoule (NIF, LMJ) par l'implosion d'un mélange de Deutérium-Tritium confiné dans un microballon. Afin d'apporter les corrections adéquates sur les conditions expérimentales en vue de la réussite de ces expériences de fusion, il est nécessaire, entre autre, de qualifier la symétrie d'implosion. C'est le rôle dévolu à des chaînes de mesure spécifiques appelées diagnostics d'imagerie X. Aucun imageur X conçu à ce jour ne permet de réaliser cette mesure sans être perturbé par l'ambiance radiative engendrée par les produits des réactions nucléaires. L'imageur X développé dans cette thèse devra donc réaliser une image à haute résolution et à haute énergie tout en considérant les contraintes liées à cette ambiance nucléaire. La démarche a consisté tout d'abord à concevoir un système d'imagerie X permettant de réaliser l'image du microballon avec une résolution de 5 µm dans la bande 10-95 keV et à garantir sa survie face à l'agression nucléaire. Cette image X a été convertie en lumière visible par un scintillateur afin de permettre son transport vers une zone radio protégée où le système d'enregistrement est localisé. Cet analyseur optique constitué d'un amplificateur de luminance et d'un détecteur pixélisé a également été étudié et une nouvelle méthode permettant de réduire les perturbations transitoires induites par les rayonnements ionisants a été mise au point. La fonction de transport d'image est assurée au moyen d'un relai optique, conçu spécialement pour supporter les perturbations induites par les rayonnements ionisants. Ce dimensionnement par parties associé à des simulations Monte-Carlo (GEANT4) et des campagnes expérimentales (sur l'installation OMEGA du LLE) ont permis d'aboutir à une architecture cohérente de diagnostic permettant de supporter des niveaux de perturbations encore jamais atteints.
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Dates and versions

pastel-00980810 , version 1 (22-04-2014)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00980810 , version 1

Cite

Adrien Rousseau. Développement d'un imageur à rayons X durci pour l'environnement radiatif du Laser Mégajoule. Physique des plasmas [physics.plasm-ph]. Ecole Polytechnique X, 2014. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00980810⟩
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