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Calcul d’opacité pour les plasmas de fusion

par com.lac - publié le , mis à jour le

Calcul d'opacité pour les plasmas de fusion

L’équipe SUPEREX du LAC s’intéresse à la physique atomique des plasmas chauds et denses, en particulier les plasmas de fusion par laser. On se concentre sur l’étude des processus d’interaction entre un plasma hors-équilibre thermodynamique (NLTE) et un rayonnement X émis par la cavité.


L’objet d’étude est une capsule sphérique dont le diamètre est de quelques mms, contenant le mélange deutérium-tritium. Celle-ci se trouve au centre d’une enceinte creuse dont l’intérieur est tapissé d’or. L’irradiation de l’or par des lasers de puissance produit un plasma qui émet un rayonnement X. Ce dernier irradie de manière isotrope la capsule. On obtient alors un plasma au niveau de la couche périphérique de la capsule, appelée ablateur (couche or, figure de gauche). Ce plasma se détendant vers l’extérieur (flèches or, 2e figure), une onde de compression est créée (flèches rouges, 2e figure). Celle-ci soumet alors le mélange DT à des températures et des densités très élevées (million de K, densité proche de la densité du solide). Ainsi, on peut atteindre le régime d’ignition.




Figure : Schémas illustrant l’irradiation de la capsule par des rayons X (flèches bleu). La couche périphérique (couleur or) est appelé ablateur.


Afin de calculer l’opacité de l’ablateur (absorption de rayonnement X), nous utilisons et adaptons des codes de physique atomique très sophistiqués. Les données atomiques obtenues sont essentielles au travail le plus important qui est le développement de modèles collisionnel-radiatif et les codes maison correspondants. Ces codes permettent d’expliquer la cinétique des plasmas hors équilibre thermodynamique. Ils fournissent les populations des niveaux et des différents états de charge. On peut alors en déduire l’opacité.


Dans l’ablateur on intègre des dopants qui absorbent efficacement le rayonnement X émis par l’or. Les dopants que nous avons choisis sont le germanium et le silicium. A l’aide d’un code collisionnel-radiatif développé très récemment au laboratoire nous avons calculé l’opacité des mélanges carbone-silicium ou carbone-germanium.
Les données atomiques ont été obtenues à l’aide des codes COWAN (Los Alamos) et FAC. Nos résultats montrent un bon accord avec d’autres calculs notamment ceux obtenus par un groupe de Imperial College (Londres).


 


En savoir plus : NLTE opacity calculations : C-Si and C-Ge mixtures, W. Jarrah, D. Benredjem, J.C. Pain, J. Dubau, High Energy Density Physics 24, 64 (2017).


Contact : Djamel Benredjem (Superex)