X RAY EMISSION OF LASER-CREATED HOT PLASMAS IN NON LOCAL THERMODYNAMIC EQUILIBRIUM CONDITIONS
EMISSION X DE PLASMAS CHAUDS HORS EQUILIBRE THERMODYNAMIQUE LOCAL CREES PAR LASER
Résumé
X-ray emission of mid to high Z plasmas not in local thermodynamic equilibrium (LTE) is particularly difficult to modelize due to high number of electronic transitions to take into account. Studying X-ray emission from L-shell and M-shell transitions is extremely interesting, for both benchmarking numerical calculations (especially in non LTE conditions) and understanding of non LTE atomic physic in hot and dense plasmas.
Experiments have been developed with the issue of measuring as completely as possible and in independent ways the X-ray emission and the hydrodynamic evolution of the studied plasmas. These plasmas were created using high energy lasers, from solid targets, aiming to observe L-shell (bromine, niobium) or M-shell (tantalum, tungsten) emission. The experimental setup has been improved over the time, including front and rear hydrodynamic diagnostics, which allow constraining numerical simulations describing the whole plasma evolution.
Then spectra were calculated by atomic physic codes, using hydrodynamic conditions determined from measurements. Measurements and simulations are in good agreement, especially for M-shell emission spectra, however calculations still lacks details to finely reproduce the observed structures, which affects mainly L-shell emission spectra.
L’émission X de plasmas hors équilibre thermodynamique local (ETL) de Z moyen ou élevé est particulièrement difficile à modéliser du fait du grand nombre de transitions électroniques à prendre en compte. L’étude du rayonnement X issu des transitions de couches L et M est extrêmement intéressante, d’une part pour la validation des codes numériques (en particulier hors ETL), et d’autre part pour la compréhension de la physique atomique hors ETL dans les plasmas chauds et denses.
Des expériences ont donc été développées avec pour enjeu de mesurer le plus complétement possible et de manière indépendante d’une part l’émission X, et d’autre part l’évolution hydrodynamique des plasmas étudiés. Les plasmas ont été créés à l’aide de lasers de puissance à partir de cibles solides, afin d’observer une émission de couche L (brome, niobium) ou M (tantale, tungstène). Le dispositif expérimental qui a été amélioré au cours du temps comportait plusieurs diagnostics hydrodynamiques, en face avant comme en face arrière, permettant une bonne caractérisation de l’évolution du plasma. Les mesures hydrodynamiques ainsi réalisées ont permis de contraindre des simulations numériques décrivant complètement le plasma.
Des codes de physique atomique ont ensuite été utilisés pour calculer les spectres dans les conditions hydrodynamiques déterminées à partir des mesures. L'accord obtenu entre spectres expérimentaux et mesurés est bon, particulièrement pour les spectres d'émission de couche M, cependant les calculs manquent encore de détails pour reproduire finement les structures observées, ce qui affecte principalement les spectres d'émission de couche L.