Experimental study of the growth and saturation of parametric instabilities in plasma conditions representative of inertial confinement fusion
Etude expérimentale du développement et de la saturation des instabilités paramétriques dans des conditions représentatives d’un plasma de fusion par confinement inertiel
Résumé
Experiments have been performed in the multikilojoule regime with the two French laser facilities, the LULI 2000 (2kJ) and the “Ligne d’Integration Laser” (LIL, 12kJ). High electronic temperature plasmas with large dimensions were studied. I present in the thesis some of the results on laser-plasma interaction physics and parametric instabilities.
First, we have designed experiments to compare the saturation level of the Stimulated Brillouin Scattering (SBS) reflectivities between the 2ω (526 nm) and 3ω (351 nm) in the LULI 2000 in preformed CH thick foil plasmas. [1]. By choosing accurately the creation beam characteristics, we managed to create similar plasmas at the two wavelengths which have allowed making a pertinent comparison. Similar saturated SBS reflectivities were obtained which have shown that, concerning the Brillouin instability in the saturation regime, the 2ω does not present more problems that the 3ω in large plasmas.
Second, we have realized experiments in the LULI 2000 to analyze the saturated Stimulated Raman Scattering (SRS) reflectivities in preformed ethylene (C2H4) gas jet plasmas at different pressures laser beams smoothed by random phase plates [2]. The jet has been characterized using an interferometer and the characterization has shown that we could reach a maximal initial electronic density of ~10 percent of the critical density at 2ω. Results have permitted to realize the first experimental validation of a scaling law established in the 90’s concerning the saturated SRS reflectivities as a function of laser/plasma parameters.
A third series of experiments was conducted with the LIL laser facility where we have used a 12 kJ laser beam at 3ω in a 2.7 ns pulse to study the imprint reduction of the laser pulse with a low-density foam (7-10mg/cc) at relatively high electronic temperature (Te = 2 keV) [3]. An experimental demonstration of the supersonic ionization of the foam and of the imprint reduction of the laser pulse after propagating through low-density foam plasma has been obtained.
[1] S. Depierreux, D.T. Michel et al., Phys. Rev. Lett., 103, 115001, (2009)
[2] D.T. Michel et al., Phys. Rev. Lett., 104, 255001, (2010)
[3] S. Depierreux, C. Labaune, D.T. Michel et al., Phys. Rev. Lett., 102, 195005, (2009)
Cette thèse présente et analyse les résultats de 3 expériences d'interaction laser-plasma réalisées sur les 2 installations laser multikilojoule françaises que sont le LULI 2000 (2kJ) et la Ligne d'Intégration Laser (12 kJ):
(i)Comparaison de l'instabilité Brillouin en régime de saturation à 526 nm (2ω) et 351 nm (3ω) dans les plasmas de feuille épaisse de CH. Les paramètres plasma/laser ont été choisis afin de réaliser la comparaison dans des conditions équivalentes avec les deux longueurs d’onde. Des taux de rétrodiffusion Brillouin similaires ont été mesurés, ce qui montre que le 2ω ne présente pas plus de problème que le 3ω dans des grands plasmas [1]. Des simulations hydrodynamiques ont permis d’avoir une bonne compréhension du développement du Brillouin dans la zone d’interaction.
(ii)Etude de l'instabilité Raman en régime de saturation à 526 nm dans des plasmas de jet d'éthylène préformés créés à différentes pressions. La caractérisation interférométrique du jet de gaz à montré que l'on pouvait atteindre une densité électronique initiale maximale de ~0,1x la densité critique à 526 nm. Le plasma a été caractérisé à l'aide de simulations hydrodynamiques, et en utilisant les spectres Raman et Brillouin rétrodiffusés. Les résultats ont permis de réaliser la première validation expérimentale d’une loi d'échelle théorique établie dans les années 90 concernant le taux de rétrodiffusion Raman en régime de saturation en fonction des paramètres laser/plasma [2].
(iii)Etude de la réduction de l'imprint par mousse sous dense (7-10mg/cc). La démonstration expérimentale de l’ionisation supersonique de la mousse et de la réduction de l’imprint a été obtenue dans des expériences LIL. Un bilan d’énergie de ce processus a aussi été réalisé [3].
[1] S. Depierreux, D.T. Michel et al., Phys. Rev. Lett., 103, 115001, (2009)
[2] D.T. Michel et al., Phys. Rev. Lett., 104, 255001, (2010)
[3] S. Depierreux, C. Labaune, D.T. Michel et al., Phys. Rev. Lett., 102, 195005, (2009)
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