ETUDE THEORIQUE ET NUMERIQUE DE L'INFLUENCE DU LISSAGE OPTIQUE SUR LA FILAMENTATION DES FAISCEAUX LASERS DANS LES PLASMAS SOUS-CRITIQUES PDF Download
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CETTE THESE, ETROITEMENT LIEE AUX PROJETS DE LASER MEGAJOULE (NIF AUX USA ET LMJ EN FRANCE), CONCERNE LA PROPAGATION ANORMALE DES FAISCEAUX LASER DANS LES PLASMAS SOUS-CRITIQUES DONT LA TRAVERSEE EST A L'ORIGINE DE COUPLAGES D'ONDES INSTABLES. LE TRAVAIL A CONSISTE A ETUDIER, PLUS PARTICULIEREMENT, L'INSTABILITE DE FILAMENTATION QUI PEUT CONDUIRE A L'AMPLIFICATION DE TOUTE INHOMOGENEITE D'ECLAIREMENT EN DES FILAMENTS DE LUMIERE BEAUCOUP PLUS ETROITS ET INTENSES. CELA NUIT A L'UNIFORMITE D'IRRADIATION RECHERCHEE ET PEUT, PAR L'AUGMENTATION DE L'ECLAIREMENT DANS LES POINTS CHAUDS, FAVORISER LE DEVELOPPEMENT DE PROCESSUS NON-LINEAIRES TELS QUE LES RETRODIFFUSIONS RAMAN ET BRILLOUIN QUI PROVOQUENT LA PERTE D'UNE FRACTION NOTABLE DE L'ENERGIE INCIDENTE. DANS LES PROJETS DE GRAND LASER, LE CONTROLE DE LA FILAMENTATION SERA EFFECTUE AU MOYEN D'UNE TECHNIQUE DE LISSAGE SPATIO-TEMPOREL QUI CONSISTE A BRISER A LA FOIS LES COHERENCES SPATIALE ET TEMPORELLE DE L'IMPULSION LASER. NOUS AVONS CHOISI UN MODELE OU LA PROPAGATION DE L'ONDE LASER EST RESOLUE DANS LE CADRE DE L'APPROXIMATION PARAXIALE ET EST COUPLEE A UNE EQUATION D'ONDE SONORE QUI GERE LA DYNAMIQUE DU PLASMA. UN CODE NUMERIQUE TRIDIMENSIONNEL A ETE DEVELOPPE DANS LE BUT DE MENER CETTE ETUDE. LA MODELISATION DES SOURCES LASERS LISSEES Y A ETE INTRODUITE. LES SIMULATIONS ONT PERMIS DE MONTRER QU'UN LISSAGE PUREMENT SPATIAL SERAIT CAPABLE DE SUPPRIMER TOUTE FILAMENTATION SI ON POUVAIT SUFFISAMMENT REDUIRE LA TAILLE DU GRAIN DANS LA TACHE FOCALE. CELA ETANT TECHNOLOGIQUEMENT IMPOSSIBLE, L'ETUDE DE L'ASPECT TEMPOREL DU LISSAGE A PROUVE QUE LA GRANDEUR CLEF POUR LA REDUCTION DE LA FILAMENTATION ETAIT LE TEMPS DE VIE DU GRAIN. ON A AUSSI PU MONTRER L'EQUIVALENCE DE PERFORMANCE ENTRE LES DIFFERENTES TECHNIQUES DE LISSAGE A TEMPS DE COHERENCE EGAL. ENFIN, L'IMPORTANCE DU PHENOMENE D'AUTO-LISSAGE INDUIT PAR LA PROPAGATION A TRAVERS SEULEMENT QUELQUES CENTAINES DE MICRONS DE PLASMA A ETE MISE EN EVIDENCE.
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CETTE THESE, ETROITEMENT LIEE AUX PROJETS DE LASER MEGAJOULE (NIF AUX USA ET LMJ EN FRANCE), CONCERNE LA PROPAGATION ANORMALE DES FAISCEAUX LASER DANS LES PLASMAS SOUS-CRITIQUES DONT LA TRAVERSEE EST A L'ORIGINE DE COUPLAGES D'ONDES INSTABLES. LE TRAVAIL A CONSISTE A ETUDIER, PLUS PARTICULIEREMENT, L'INSTABILITE DE FILAMENTATION QUI PEUT CONDUIRE A L'AMPLIFICATION DE TOUTE INHOMOGENEITE D'ECLAIREMENT EN DES FILAMENTS DE LUMIERE BEAUCOUP PLUS ETROITS ET INTENSES. CELA NUIT A L'UNIFORMITE D'IRRADIATION RECHERCHEE ET PEUT, PAR L'AUGMENTATION DE L'ECLAIREMENT DANS LES POINTS CHAUDS, FAVORISER LE DEVELOPPEMENT DE PROCESSUS NON-LINEAIRES TELS QUE LES RETRODIFFUSIONS RAMAN ET BRILLOUIN QUI PROVOQUENT LA PERTE D'UNE FRACTION NOTABLE DE L'ENERGIE INCIDENTE. DANS LES PROJETS DE GRAND LASER, LE CONTROLE DE LA FILAMENTATION SERA EFFECTUE AU MOYEN D'UNE TECHNIQUE DE LISSAGE SPATIO-TEMPOREL QUI CONSISTE A BRISER A LA FOIS LES COHERENCES SPATIALE ET TEMPORELLE DE L'IMPULSION LASER. NOUS AVONS CHOISI UN MODELE OU LA PROPAGATION DE L'ONDE LASER EST RESOLUE DANS LE CADRE DE L'APPROXIMATION PARAXIALE ET EST COUPLEE A UNE EQUATION D'ONDE SONORE QUI GERE LA DYNAMIQUE DU PLASMA. UN CODE NUMERIQUE TRIDIMENSIONNEL A ETE DEVELOPPE DANS LE BUT DE MENER CETTE ETUDE. LA MODELISATION DES SOURCES LASERS LISSEES Y A ETE INTRODUITE. LES SIMULATIONS ONT PERMIS DE MONTRER QU'UN LISSAGE PUREMENT SPATIAL SERAIT CAPABLE DE SUPPRIMER TOUTE FILAMENTATION SI ON POUVAIT SUFFISAMMENT REDUIRE LA TAILLE DU GRAIN DANS LA TACHE FOCALE. CELA ETANT TECHNOLOGIQUEMENT IMPOSSIBLE, L'ETUDE DE L'ASPECT TEMPOREL DU LISSAGE A PROUVE QUE LA GRANDEUR CLEF POUR LA REDUCTION DE LA FILAMENTATION ETAIT LE TEMPS DE VIE DU GRAIN. ON A AUSSI PU MONTRER L'EQUIVALENCE DE PERFORMANCE ENTRE LES DIFFERENTES TECHNIQUES DE LISSAGE A TEMPS DE COHERENCE EGAL. ENFIN, L'IMPORTANCE DU PHENOMENE D'AUTO-LISSAGE INDUIT PAR LA PROPAGATION A TRAVERS SEULEMENT QUELQUES CENTAINES DE MICRONS DE PLASMA A ETE MISE EN EVIDENCE.
Author: Antonio Bove Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 0817645217 Category : Mathematics Languages : en Pages : 336
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Covers phase space analysis methods, including microlocal analysis, and their applications to physics Treats the linear and nonnlinear aspects of the theory of PDEs Original articles are self-contained with full proofs; survey articles give a quick and direct introduction to selected topics evolving at a fast pace Excellent reference and resource for grad students and researchers in PDEs and related fields
Author: Jérémie Rolle Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Dans cette thèse, nous étudions l'influence d'un plasma non-stationnaire produit par des impulsions laser en régime d'auto-focalisation. Cette auto-focalisation est couplée à des non-linéarités Brillouin pour des impulsions nanosecondes dans les verres de silice. Elle excite différents canaux d'ionisation dans les cristaux de KDP irradiées par des impulsions femtosecondes. Tout d'abord, nous dérivons les équations de propagation des ondes optiques laser et Stokes sujettes à la filamentation due à l'effet Kerr, la rétrodiffusion Brillouin et à la génération de plasma. Dans une deuxième partie, nous présentons des résultats numériques sur la propagation non-linéaire de faisceaux LIL. Ceux-ci révèlent l'importance de la distribution temporelle de l'impulsion pompe dans la compétition entre auto-compression Kerr et la rétrodiffusion Brillouin stimulée. Ces simulations préliminaires permettent de valider le système anti-Brillouin opté pour le LMJ sur la base de faisceaux millimétriques.Dans une troisième partie, nous présentons des résultats théoriques et numériques sur la filamentation d'impulsions nanosecondes opérant dans l'ultraviolet et l'infrarouge. L'influence d'un plasma inertiel sur la dynamique de couplage de deux ondes en contre-propagation est examinée. Dans une configuration à une onde, une analyse variationnelle reproduit les caractéristiques globales d'un équilibre quasi-stationnaire entre auto-compression Kerr et défocalisation plasma. Toutefois, cet équilibre cesse pour faire place à des instabilités modulationnelles induites par rétroaction du plasma sur l'onde de pompe. Nous montrons que des modulations de phase supprimant la rétrodiffusion Brillouin permettent d'inhiber ces instabilités plasma. La robustesse de ces modulations de phase est testée en présence d'un bruit aléatoire dans le profil de l'impulsion laser.Enfin, nous étudions numériquement la dynamique non-linéaire d'impulsions femtosecondes se propageant dans la silice et le KDP. Premièrement, nous montrons que la présence de défauts impliquant moins de photons pour exciter un électron de la bande de valence à la bande de conduction promeut des intensités de filamentation plus élevées. Ensuite, nous comparons la dynamique de filamentation dans la silice avec celle dans un cristal KDP. Le modèle d'ionisation pour le KDP prend en compte la présence de défauts et la dynamique électrons-trous. Nous montrons que la dynamique de propagation dans la silice et le KDP présente des analogies remarquables pour des rapports de puissance incidente sur puissance critique équivalents.La conclusion nous permet de résumer les résultats originaux obtenus dans le cadre de cette thèse et d'en discuter des développements ultérieurs possibles.
Author: Maxime Duluc Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Dans le contexte de la fusion par confinement inertiel (FCI), le lissage optique est une technique utilisée pour obtenir une irradiation laser aussi homogène que possible, en modifiant les propriétés de cohérence temporelle et spatiale des faisceaux laser. L'utilisation du lissage optique est une nécessité sur les lasers de puissance comme le Laser MégaJoule (LMJ) pour limiter le développement des instabilités paramétriques issues de l'intéraction laser-plasma, et parmi elles, la rétrodiffusion Brillouin stimulée (RBS). Ces instabilités entraînent des défauts d'irradiation sur cible et peuvent aussi être une source d'endommagement dans la chaîne optique. Cependant ces techniques peuvent entraîner d'autres problèmes au niveau de la chaîne laser, tels que la conversion de modulation de phase en modulation d'amplitude (FM-AM), néfastes au bon déroulement des expériences et pouvant également endommager les chaînes laser.On comprend donc qu'il est nécessaire de trouver un compromis autour du lissage optique. L'évolution du compromis du lissage est cependant compliquée car la quantification des gains et des pertes est très difficile à établir. Ainsi, tant que la quantification n'est pas faite, le compromis n'évolue pas : le lasériste souhaite toujours moins de lissage et « l'expérimentateur » toujours plus de lissage mais aucun des deux ne peut apporter suffisamment d'éléments quantitatifs pour faire pencher la balance. Cette thèse propose donc de poser les premières briques permettant d'arriver à ce compromis pour le LMJ, à l'aide d'études théoriques et numériques.Nous comparons soigneusement le lissage longitudinal (LSSD) et transversal (TSSD) par dispersion spectrale dans une configuration de lissage idéale pour chaque cas. Avec des codes 3D, nous avons simulé la RBS dans un plasma d'or, typique des expériences de FCI et favorable au développement de la RBS. Nous montrons que, contrairement aux idées reçues, l'évolution temporelle de la RBS présente certaines différences entre les deux systèmes de lissage. Premièrement, les valeurs asymptotiques des niveaux de saturation ne sont pas tout à fait les mêmes. Avec une simple description des rayons et le calcul du gain RBS pour chaque rayon, nous avons pu expliquer cette différence. En outre, la dynamique de la RBS est également quelque peu différente. Nous avons montré que la dynamique RBS est déterminée par l'évolution temporelle des propriétés des surintensités et en particulier par la longueur d'interaction effective entre la lumière rétrodiffusée Brillouin et les points chauds. Cette longueur d'interaction effective dépend à la fois de la vitesse longitudinale et de la longueur des points chauds. En effet, la synchronisation des longueurs d'interaction effectives des deux schémas de lissage synchronise également la croissance des courbes de rétrodiffusion avant saturation.Nous montrons, également qu'il est possible de faire évoluer les paramètres de lissage du LMJ en illustrant une nouvelle façon de réduire la conversion FM-AM inévitablement présente dans les lasers de forte puissance. En répartissant le spectre total habituellement utilisé par un quadruplet (regroupement de 4 faisceaux), en deux parties de spectres identiques plus petits sur les faisceaux de gauche et de droite, la conversion FM en AM est considérablement réduite de 30% à 5% tout en maintenant la performance de lissage pour la RBS. Nous avons également montré que le temps de cohérence qui en résulte n'a aucun effet sur le niveau maximal de RBS atteint. De la même façon, il faudra étudier l'impact de ces évolutions sur d'autres instabilités telles que le diffusion Raman stimulée ou le transfert d'énergie par croisement de faisceaux.
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L'allumage par choc est un schéma de fusion réalisé en attaque directe qui se décompose en deux étapes. La première consiste en une compression de plusieurs nanosecondes à l'aide de faisceaux de quelques 1014 W/cm2 et la seconde en l'utilisation de faisceaux d'intensité supérieure à plusieurs 1015 W/cm2 pour créer un choc convergent déclenchant l'ignition. Le couplage du laser lors de la seconde étape soulève plusieurs questions. En effet, le laser doit traverser un plasma sous critique chaud, de taille millimétrique avant de déposer son énergie et créer le choc. Dans ce domaine mal connu expérimentalement et numériquement, on ne sait pas quelle sera la fraction d'énergie absorbée ou comment vont influer les instabilités paramétriques sur la propagation. Dans ce manuscrit, nous proposons une étude expérimentale de l'interaction d'un faisceau d'intensité comprise entre 2.1015 W/cm2 et 2.1016 W/cm2 dans un plasma de l'ordre du millimètre et à une température proche du keV. D'abord, nous présentons les conditions d'interaction dans le plasma coronal. L'instabilité Brillouin est en régime de couplage fort, l'instabilité Raman est en régime cinétique et l'intensité est au-dessus du seuil de filamentation pondéromotrice. Expérimentalement, nous approchons au mieux les conditions hydrodynamiques données par l'étude théorique en utilisant des cibles de mousses et des feuilles minces préformées. Nous présentons les premières mesures résolues en temps des spectres rétrodiffusés du faisceau picoseconde, lissé par une lame de phase aléatoire, ainsi que la distribution d'intensité transmise dans ce type de plasma. Nous mettons en évidence des mesures d'énergie rétrodiffusée par l'instabilité Brillouin pouvant atteindre 60% de l'énergie incidente pour les densités électronique de plasma les plus importantes. L'instabilité Raman n'induit quant à elle, pas de perte d'énergie conséquente. En ce qui concerne la distribution de l'intensité transmise, nous observons un lissage et une augmentation du diamètre de cette dernière par rapport à la tache focale à vide. Enfin nous surlignons l'importance de la prise en compte des instabilités paramétriques quant à la réussite du schéma d'allumage par choc en complétant nos observations avec résultats obtenus pour des impulsions nanoseconde moins intenses.
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La fusion inertielle par laser requiert l'utilisation de faisceaux lissés aux propriétés de cohérence contrôlables. Ces faisceaux contiennent une multitude de surintensités : les speckles. Lors de leur propagation dans un plasma, les propriétés de cohérence de ces faisceaux peuvent être modifiées, on parle de lissage par plasma. A haute intensité, des instabilités se développant au sein même des speckles induisent la perte de cohérence. A plus basse intensité, des mécanismes collectifs mettant en jeu plusieurs speckles sont responsable du lissage induit. Cette thèse constitue une étude théorique, numérique et expérimentale de ces mécanismes. La prise en compte du caractère incohérent des faisceaux laser requiert l'utilisation d'outils statistiques pour décrire l'interaction laser-plasma. Un modèle est développé pour la diffusion multiple de l'onde laser sur les fluctuations de densité induites par l'ensemble des speckles. Cette diffusion est responsable d'un élargissement du spectre spatial et temporel de l'onde laser. Elle sert de germe à l'instabilité de diffusion Brillouin stimulée vers l'avant, laquelle induit à la fois un élargissement spectral et un décalage vers le rouge de la lumière transmise. Un modèle analytique est développé pour cette instabilité. Un nouveau critère est établi qui détermine une puissance (sous la puissance critique pour la filamentaion) au delà de laquelle cette instabilité croît fortement. Des simulations numériques réalisées avec le code PARAX est une expérience réalisée sur le laser ALISE confirment la présence importante de ces mécanismes de diffusion vers l'avant à basse intensité et leur rôle dans le lissage induit par plasma.
Author: Guy Bonnaud Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 302
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Une synthèse théorique des instabilités paramétriques des ondes électromagnétiques du plasma a permis de dégager les paramètres importants de l'évolution d'une instabilité particulière : la diffusion Raman stimulée de l'onde laser. Celle-ci génère des électrons suprathermiques constituant un obstacle majeur à la réussite de la fusion inertielle. Des simulations numériques de plasmas monodimensionnels ont été réalisés à l'aide de deux codes de simulation écrits pour cette thèse : l'un de type particulaire permettant de suivre l'ensemble des phénomènes physiques dont la création d'électrons rapides, mais coûteux en temps calcul, l'autre de type couplages d'ondes autorisant le seul couplage de modes propres du plasma. Deux points ont été analysés : (1) l'influence d'une non-monochromaticité de l'onde laser sur la distribution des électrons rapides, énergie et température, en plasma homogène. Si l'énergie chute ace l'élargissement spectral, la température, peut au contraire augmenter. (2) l'influence de la mobilité ionique en plasma homgène et inhomogène en densité. L'allègement des ions et la diminution de leur température contribue à inhiber la diffusion Raman et à diminuer la température des électrons rapides. L'instabilité des ondes plasma amplifiée par le Raman en est la raison. L'inhomogénéité en densité du plasma, conduisant en l'abscence d'ions mobiles à une réduction du Raman, a son influence renforcée par la mobilité ionique, excepté en plasma faiblement inhomogène loin de la densité de coupure de l'onde diffusée du Raman. L'observation des compétitions d'instabilités a permis d'affiner les nombreux scénarios distincts de saturation du Raman. L'utilisation actuelle de lasers de longueurs d'ondes de plus en plus courtes permettant une meilleure absorption laser par collisions électrons-ions conduit à augmenter les seuils d'apparition des instabilités. La prédominance des collisions sur l' inhomogénéité du plasma a été mise en évidence expérimentalement sur l'instabilité à 2 plasmons avec un laser ultra-violet.
Author: International Atomic Energy Agency Publisher: International Atomic Energy Agency ISBN: 9789201063205 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 72
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This publication results from a technical meeting on phenomenology and technologies relevant to in-vessel melt retention (IVMR) and ex-vessel corium cooling (EVCC). The purpose of the publication is to capture the state of knowledge, at the time of that meeting, related to phenomenology and technologies as well as the challenges and pending issues relevant to IVMR and EVCC for water cooled reactors by summarizing the information provided by the meeting participants in a form useful to practitioners in Member States.
Author: GILLES.. RIAZUELO
Author: GILLES.. RIAZUELO
Author: Antonio Bove
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Author: Jérémie Rolle
Author: Maxime Duluc
Author: Clément Goyon
Author: Mickael Grech
Author: Guy Bonnaud
Author: International Atomic Energy Agency