Maîtrise des instabilités paramétriques dans le cadre de la fusion laser – CORPARIN

Ce projet a pour objectif de coordonner des compétences complémentaires en vue de réaliser des études sur des instabilités paramétriques dans le contexte de la fusion par confinement inertiel laser (FCI) dans des régimes qui n'ont pas pu être atteints jusqu'à présent. Ces études devraient conduire à l'optimisation des caractéristiques des cibles et des faisceaux laser permettant de réaliser un couplage efficace laser-plasma en vue d'atteindre l'ignition. Par l'ouverture des grandes installations laser du CEA, la Ligne d'Intégration Laser (LIL) et le Laser MégaJoule (LMJ) à la communauté académique au travers de l'Institut Lasers et Plasmas (ILP), il sera possible de réaliser l'allumage d'un combustible fusible, composé de tritium et deutérium, et de produire des réactions de fusion dégageant de très grandes quantités d'énergie dans un programme de recherche sur la FCI pour l'énergie mené par la communauté académique. Afin d'atteindre cet objectif, le couplage des faisceaux laser avec la cible doit permettre de délivrer l'énergie des lasers à la cible avec une haute efficacité et une grande qualité. Pour cela, il est essentiel de contrôler les pertes par diffusion stimulée, de déposer l'énergie de façon parfaitement uniforme sur la. Des effets néfastes peuvent être produits par les instabilités paramétriques de diffusion stimulée (Brillouin et Raman) ainsi que la filamentation des faisceaux laser, qui peuvent se développer dans la couronne du plasma. Les instabilités paramétriques ont fait l'objet de nombreuses études depuis l'initiation du concept de la fusion laser. Elles pourraient représenter un obstacle majeur pour la réalisation de la fusion laser si elles ne sont pas maîtrisées. Les derniers résultats expérimentaux sous des conditions proches d'une configuration MégaJoule ont montré des taux de rétro diffusion Brillouin inquiétants élevés de l'ordre de 30%. Ces résultats démontrent la nécessité de pouvoir contrôler ces instabilités et, d'abord, de pouvoir faire des prédictions fiables sur le niveau des instabilités pour la conception d'une cible. Les groupes associés à ce projet apportent les compétences complémentaires expérimentales et de modélisation théoriques et numériques qui permettront de définir, conduire et interpréter des expériences portant sur les instabilités paramétriques dans des plasmas à l'échelle de millimétrique des cibles MégaJoule de l'ordre température de quelques keV, à des intensités élevées (de 1014 W/cm2 à quelques 1016 W/cm2) et des impulsions laser de quelques nanosecondes. - Un objectif important est la réalisation d'expériences sur l'installation LIL, et des études en régime intermédiaire seront réalisées avec des installations LULI2000 et Alisé. Pour cela un effort important de développement théorique doit être effectué afin de modéliser numériquement la formation des instabilités paramétriques et d'acquérir une capacité prédictive de leur croissance et saturation pour des conditions de plasma bien déterminées. Cela passe par des tests des résultats de ces codes au moyen d'expérimentation en dimensions appropriées dans des plasmas parfaitement caractérisés. - Le projet comporte trois aspects : (i) la réalisation d'expériences sur plusieurs installations laser, (ii) la réalisation des simulations pour déterminer les taux de rétro diffusions Brillouin et Raman dans des plasmas en expansion ainsi que la distribution d'intensité laser après la traversée du plasma, et (iii) la réalisation des simulations hydrodynamiques décrivant les paramètres du plasma et permettant d'effectuer le design des cibles pour des expériences LIL, Alisé et LULI2000. - Les expériences envisagées porteront sur différents aspects selon l'installation utilisée: (i) des mesures globales de diffusions Brillouin et Raman dans des plasmas choisis pour favoriser le lissage du faisceau laser réalisées sur la LIL dans un régime d'énergie élevée et sur une grande tache focale. (ii) Des études de lissage de faisceau par le pl