Description cinétique de l’interaction laser-plasma pour la fusion inertielle

De nombreuses applications, telles que la fusion par confinement inertiel, demandent de comprendre les mécanismes physiques liés à la propagation de faisceaux laser très énergétiques dans un plasma. En particulier, dans le cas de la fusion, on veut quantifier le dépôt d’énergie laser sur une cible de Deuterium-Tritium cryogénique, et l’efficacité avec laquelle on peut comprimer cette cible pour déclencher les réactions de fusion. Or, lors de leur propagation, les faisceaux laser créent une onde plasma qui croît au détriment de l’énergie laser incidente. La croissance de cette onde n’est cependant pas infinie et s’arrête lorsque l’onde se brise (on dit encore qu’elle déferle). Cela s’accompagne de la production d’électrons chauds qui peuvent préchauffer la cible et entraver sa compression. Le déferlement d’une onde plasma est un phénomène physique de type cinétique, dont la description correcte passe par le calcul de la répartition en vitesses des électrons du plasma. Le but de la thèse est d'étudier le déferlement à la fois d'un point de vue théorique et numérique, en utilisant des codes cinétiques de type Vlasov. Une des principales difficultés réside dans la discontinuité des fonctions de distribution à décrire. Il s'agit, de plus, de décrire le déferlement depuis sa phase linéaire jusqu'au régime non linéaire, ce qui permet de quantifier la création d'électrons chauds. Le but ultime de la thèse est d'arriver à des modèles suffisamment simples pour tourner sur les codes de dimensionnement du CEA.

Analyse multi-échelle de la localisation plastique générée par choc laser

La localisation de la déformation plastique dans les enveloppes métalliques en expansion dynamique est étudiée depuis plusieurs années au CEA/DAM. En complément d'essais d'expansion par explosif, la mise en vitesse de feuilles métalliques minces par choc laser permet d'obtenir des états de traction biaxiale représentatifs du chargement dans un élément d'enveloppe. Ce type de dispositif est en cours de mise en oeuvre au CEA/DAM et génère des vitesses de déformation de l'ordre de 10000/s sur des portions de feuilles de dimensions centimétriques. L'évolution vers des configurations de taille millimétrique permettra à terme d'aller vers des régimes de taux de déformation plus élevés actuellement inexplorés. Pour ces géométries, dont l'épaisseur est faible par comparaison à la taille des grains, l'incidence de la microstructure du matériau (taille et forme des grains, texture,...) est vraisemblablement forte et une analyse du processus à cette échelle trouve toute sa pertinence.
L'objectif de la thèse est d'analyser la localisation de la déformation plastique dans une feuille métallique mince d'un matériau métallique de structure cristalline cubique centrée (BCC) sollicitée par choc laser. Le phénomène sera étudié à l'aide de simulations numériques intégrant la physique opérant à l'échelle de la microstructure: glissement plastique et couplage éventuel avec le maclage. Une approche polycristalline homogénéisée, mettant en oeuvre un modèle de plasticité isotrope intégrant une densité de dislocations moyenne, et une approche en champ complet représentant les grains, leurs orientations cristallines et les systèmes de glissement associés seront comparées.

Mesure de la distribution complète des fragments de fission isotopiques du 241Pu en utilisant la cinématique inverse à GANIL avec VAMOS et PISTA

La technique de la cinématique inverse est utilisée au GANIL pour produire la fission dite en vol. Le système fissionant accéléré est excité par une réaction nucléaire, et en particulier par une réaction de transfert de nucléons entre le faisceau et la cible. Les fragments de fission sont donc émis aux angles avant dans le laboratoire à cause du boost cinématique de la réaction. Le spectromètre magnétique à large acceptance VAMOS est utilisé pour identifier en masse et en charge nucléaire les différents fragments alors que les télescopes silicium sont utilisés pour caractériser le système fissionant en détectant l'éjectile émis par la réaction de transfert.
Le projet fission@VAMOS consiste en l'amélioration du système de détection silicium utilisé pour identifier le système fissionnant produit par réaction de transfert. Le dispositif actuel est donc un ensemble de télescope silicium hautement segmenté appelé PISTA qui permet d'améliorer la sensibilité et la précision des conditions de formation du système fissionant (masse, nombre atomique, énergie d'excitation).
Le sujet de thèse propose donc une étude détaillée multi-paramétrique de la fission avec un focus sur la mesure des rendements de fission du système fissionnant 242Pu (n+241Pu). Enfin une grosse partie du travail consistera en l'analyse des données et de leur interprétation, puis de leur publication.

Implémentation de la QRPA covariante pour décrire les noyaux atomiques déformés

Toutes choses étant égales par ailleurs, quelles différences peut-on attendre du choix d’une interaction relativiste ou non dans la description QRPA des états excités du noyau atomique ? Afin de répondre à cette question l’étudiant(e) disposera d’une part d’outils numériques permettant de résoudre pour une interaction non-relativiste les équations QRPA de façon matricielle et d’autre part d’un solveur utilisant la méthode des amplitudes finies pour produire des fonctions de réponse QRPA avec des interactions relativistes.
Ces outils numériques sont performants sur super-calculateurs et largement exploités aussi bien pour répondre à des problématiques de données nucléaires et d’astrophysique que pour mener des études de structure nucléaire académiques. L’extension relativiste du solveur QRPA matriciel permettra de transférer toute l’expertise de production des données nucléaires au cas des interactions issues de lagrangiens relativistes. Ainsi, une analyse des mérites respectifs des deux fonctionnelles pourra être menée et exploitée en vue de la mise au point d’interactions effectives de nouvelle génération.

Astrophysique de laboratoire relativiste

La thèse proposée porte sur la modélisation numérique et théorique des plasmas ultra relativistes rencontrés dans certains objets astrophysiques, tels les sursauts gamma ou les nébuleuses de vent de pulsar, ainsi que dans de futures expériences d'interaction laser-plasma, faisceau-plasma ou gamma-plasma en régime extrême. Ces dernières pourront avoir lieu sur les installations laser multi-pétawatt actuellement en développement (par ex. le projet européen ELI) ou sur les accélérateurs de particules de nouvelle génération (par ex. l'installation américaine SLAC/FACET-II).
Les plasmas considérés, qui se caractérisent par un fort couplage entre particules, rayonnements énergétiques et mécanismes d'électrodynamique quantique, seront simulés numériquement au moyen d'un code « particle-in-cell » (PIC) développé au CEA/DAM depuis plusieurs années. Outre les effets collectifs propres aux plasmas, ce code décrit certains processus de rayonnement gamma et de création de paires électron-positron. Le but de la thèse sera d'y inclure de nouveaux mécanismes d'interaction photon-particule et photon-photon, puis d'examiner en détail leur impact dans diverses configurations expérimentales et astrophysiques.

Top