Modélisation hydrodynamique et magnétohydrodynamique des plasmas HED
Dans le contexte de la fusion, la FCI magnétisée exploite des champs magnétiques externes qui sont comprimés pendant l’implosion, magnétisant ainsi les électrons et les particules alpha. Ceci réduit les pertes thermiques transversales et améliore le confinement du point chaud, permettant l’amorçage à des densités surfaciques plus faibles, avec des implosions plus lentes et plus stables. Le CELIA, leader reconnu dans la recherche sur l’implosion magnétisée [Plasma Phys. Control. Fusion 64, 025007 (2022)], coordonne de multiples programmes internationaux et nationaux (EUROfusion, NLUF, LBS, NIF Discovery Science, ANR).
Des expériences récentes à grande échelle menées à Omega ont démontré des champs comprimés records (~10 kT) et une augmentation de température des points chauds d'environ 50 %, grâce à la spectroscopie de la couche K du dopage à l'argon du combustible nucléaire DD, permettant de caractériser les conditions du plasma du cœur comprimé [Phys. Rev. Research 6, L012018 (2024)].
Les expériences approuvées à venir comprennent :
• Omega (février et août 2026) : contrôle du refroidissement radiatif par la concentration d'argon ; spectroscopie multi-dopant ; implosions sphériques magnétisées.
• NIF (mai 2026) : avec une énergie 20 fois supérieure à celle d'Omega, étude du confinement des tritons par l'analyse des spectres de temps de vol des neutrons secondaires à résolution angulaire, comme sonde de l'intensité et de la topologie du champ magnétique.
• LMJ (avril 2026 et 1er trimestre 2027) : avec une énergie de pilotage laser équivalente à celle du NIF, mais avec des cibles plus petites, implosions magnétisées cylindriques visant une compression 3 fois supérieure à celle d’Omega et du NIF ; spectroscopie de la couche K à double dopage pour des conditions de cœur résolues spatialement.
L’interprétation et la conception prédictive de ces expériences nécessitent des simulations MHD 2D/3D avancées, qui seront confiées au postdoctorant
Influence de la largeur de bande et de la longueur d'onde du laser sur les instabilités paramétriques
Dans le cadre du projet Taranis initié par Thales et supporté par BPI France et en collaboration avec de nombreux partenaires scientifiques tels que le CEA/DAM, le CELIA et le LULI, un travail de dimensionnement d'une cible et d'un laser destiné à la production d'énergie en attaque directe va avoir lieu. Un prérequis à ce travail, est de comprendre les mécanismes d'interaction laser-plasma qui vont se produire lors du couplage du laser avec la cible. Ces mécanismes délétères pour la réussite des expériences de fusion peuvent être régulés par l'utilisation de laser dits « large-bande ». En outre, le choix de la longueur d'onde laser utilisée pour le dimensionnement de la cible et de l'architecture laser doit être défini. L’objectif du stage est d'étudier la croissance et l'évolution de ces instabilités (Brillouin, Raman) en présence de lasers « large bande » à la fois d'un point de vue expérimental que simulation, et ainsi de pouvoir définir les conditions lasers permettant de réduire ces instabilités paramétriques.
Minimisation de l’empreinte laser par “machine learning” dans le contexte de la fusion par confinement inertiel
Le postdoc sera basé au laboratoire CELIA qui développe des études sur différents schémas de fusion inertielle par laser. Afin d’optimiser l’implosion de la cible, l’impulsion laser est mise en forme spatialement et temporellement, notamment par une pré-impulsion d’une centaine de picosecondes et d’intensité de quelques centaines de TW/cm2. Cependant cette dernière introduit des inhomogénéités spatiales à la surface et en volume de la cible, amplifiées par le comportement solide initial de la matière. Ces empreintes générées par la pré-impulsion vont dégrader la symétrie de la cible lors de son implosion, et donc diminuer l’efficacité du confinement inertiel. A l’heure actuelle, la plupart des modèles supposent un état plasma dès le début de l’interaction, et sont ainsi incapables de rendre compte de certaines observations expérimentales. Pour palier ce manque, nous venons de développer un outil original de simulation multi-physique qui inclut la transition de phase d’un matériau homogène induite par le laser. Afin d’atténuer l’effet d’empreinte laser, une mousse de polystyrène (matériau hétérogène) peut être déposée à la surface de la cible. Les réflexions optiques multiples dans la mousse lissent le profil spatial d’intensité laser, permettant ainsi de réduire les inhomogénéités d’absorption. Afin de réduire l’influence de l’empreinte laser, le post-doctorat aura vocation à développer un modèle microscopique décrivant l’évolution de la réponse optique d’une mousse lors de la transition solide-plasma. La première étape du travail consistera à coupler l’équation d’Helmholtz (décrivant la propagation laser) à un modèle de transition solide-
plasma, et d'étudier l'influence des paramètres. La seconde étape consistera à utiliser un algorithme d’intelligence artificielle (réseau de neurone) afin d’optimiser la réponse optique de la mousse.