Experimental study of multiple-beam effects on the stimulated Brillouin scattering instability

Etude expérimentale des effets multi-faisceaux sur l'instabilité de diffusion Brillouin stimulée

Cedric Neuville (1)

1 LULI - Laboratoire pour l'utilisation des lasers intenses

The laser facilities designed to realize laser inertial confinement thermonuclear fusion experiments use numerous laser beams in order to meet irradiation symmetry constraints and to deposite enough energy in matter. Unfortunately, the crossing of laser beams in plasmas modifies their propagations. When a beam is propagating in plasmas, it can interact with ion acoustic waves and scatter its energy by stimulated Brillouin scattering. Not only the directions but also the levels of these scatterings are modified when beams are crossing one another in plasmas. This manuscript is about the experimental study of two kinds of multiple-beam modification:- the flexibility of the LULI2000 laser facility (Laboratoire d'Utilisation de Lasers Intenses, Palaiseau, France) enabled us to study crossed-beam energy transfer between two and three beams;- the sixty laser beams available on the OMEGA facility (Laboratory for Laser Energetics, Rochester, United-States) enabled us to observe scattering of collective Brillouin instabilities produced in planar geometries and at the entrance hole of cavities of fusion experiments.These two mecanisms can highly modify the initial laser irradiation by transferring up to 30% of the laser energy between beams and by scattering more than 10% of the laser energy in unusual directions.

Les installations laser dimensionnées pour réaliser des expériences de fusion thermonucléaire par confinement inertiel laser utilisent de nombreux faisceaux laser pour répondre à des contraintes de symétrie d'irradiation et pour déposer suffisamment d'énergie dans la matière. Malheureusement, le croisement des faisceaux laser dans un plasma impactent leurs propagations. Quand un faisceau laser se propage dans un plasma, il peut se coupler aux ondes acoustiques ioniques et diffuser une fraction importante de son énergie par diffusion Brillouin stimulée. Aussi bien les niveaux que les directions de ces diffusions sont profondément modifiés lorsque les faisceaux laser se croisent. Ce manuscrit présente l'étude expérimentale de deux types de modification multi-faisceaux :- en utilisant la flexibilité de l'installation laser LULI2000 (Laboratoire d'Utilisation des Lasers Intenses, Palaiseau, France), nous avons étudié le transfert d'énergie entre deux et trois faisceaux laser ;- les soixante faisceaux laser de l'installation OMEGA (Laboratory for Laser Energetics, Rochester, Etats-Unis) nous ont permis d'observer les diffusions produites par des instabilités Brillouin collectives dans des plasmas plans en géométrie ouverte et à l'entrée de cavités d'expériences de fusion.Ces deux mécanismes peuvent drastiquement redistribuer l'énergie laser incidente en échangeant jusqu’à 30% de l'énergie entre les faisceaux ou en diffusant plus de 10% de l'énergie laser dans des directions inhabituelles.

Mots clés: Experimental; Laser; Plasma; Interaction; Beam crossing

Mots clés: Expérimentale; Laser; Plasma; Interaction; Croisement de faisceaux

Domaines: Physique des plasmas [physics.plasm-ph]

Cedric Neuville. Etude expérimentale des effets multi-faisceaux sur l'instabilité de diffusion Brillouin stimulée. Physique des plasmas [physics.plasm-ph]. Université Paris Saclay (COmUE), 2017. Français. ⟨NNT : 2017SACLX046⟩. ⟨tel-01663091⟩