Projet ANR-06-BLAN-0392 – ELAHI : Energy loss of laser-accelerated high-energy ions in warm dense plasmas
Programme : Programme blanc (BLANC) 2006
Année de financement : 2006
Coordinateur du projet : CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE ILE-DE-FRANCE SECTEUR OUEST ET NORD (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE ILE-DE-FRANCE SECTEUR OUEST ET NORD)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique
Montant : 450000.0 euros
Date de début : 2006
Durée : 36 mois
Résumé : L'accélération de faisceaux d'ions énergétiques par interaction laser solide à haute intensité constitue une des importantes avancées récentes dans le domaine de la science en champ fort, rendue accessible par le développement des lasers en impulsions ultra brèves. Les qualités remarquables de ces faisceaux d'ions en termes de courant, de durée et d'émittance, et leur synchronisation naturelle avec un ou plusieurs faisceaux laser, en font des outils remarquables pour étudier les propriétés fondamentales de la matière. -  Ces nouvelles sources permettent en particulier de produire de la matière dense et tiède, dans des conditions d'intérêt pour la fusion par confinement inertiel. En effet, les faisceaux brefs (ps) de protons énergétiques générés par laser sont des candidats idéaux pour produire cette matière dense et chaude. Ils déposent leur énergie dans la matière en un temps très bref, conduisant à un chauffage en volume d'échantillons solides sur une profondeur non négligeable, jusqu'à des températures de quelques eV à quelques centaines d'eV. Le temps caractéristique de l'expansion hydrodynamique est en effet suffisamment long (? ns) pour que le matériau chauffé reste à une densité proche du solide pendant des dizaines de ps, durée permettant d'effectuer les mesures. -  Les perspectives ouvertes par la génération de matière chaude et dense sont très intéressantes. Le projet que nous présentons consiste à effectuer une étude détaillée sur le pouvoir d'arrêt des ions et des protons de forte énergie dans des plasmas chauds et denses bien caractérisés. En plus de l'intérêt en physique fondamentale, la connaissance et la compréhension des mécanismes de ralentissement des ions pourraient avoir des implications importantes dans le domaine de l'Allumage Rapide pour la Fusion par Confinement Inertiel. -  L'étude de la matière chaude et dense et du pouvoir d'arrêt des ions énergétiques est l'objectif de plusieurs programmes autour de grands synchrotrons, de lasers de puissance et d'accélérateurs de particules en Europe aux USA et au Japon. Grâce à l'expertise des équipes impliquées dans ce projet et à l'aide des installations laser du LULI, ce projet devrait apporter une contribution significative dans un domaine scientifique jeune et en évolution rapide. -  Notre programme d'étude sera centré autour d'expériences originales avec l'appui d'études théoriques et numériques. L'objectif est de mesurer des pouvoirs d'arrêt d'ions légers et lourds dans des plasmas cinétiques, où peu de données sont disponibles, puis d'étendre ces mesures au domaine inexploré des plasmas fortement corrélés en permettant la comparaison avec les prédictions théoriques. En plus de la perte d'énergie, la mesure de l'état de charge des ions permettra de quantifier la relation entre échange de charge et perte d'énergie. -  Méthodologie -  La partie expérimentale du projet consistera tout d'abord à produire un plasma chaud et dense à l'aide d'un premier faisceau d'ions accéléré par laser. Dans un deuxième temps, la perte d'énergie à la traversée de ce plasma d'un deuxième faisceau d'ions produit par laser sera mesurée précisément. Pour répondre aux contraintes de ces expériences, les performances de l'installation 100 TW du LULI seront étendues, de manière à pouvoir produire simultanément deux faisceaux d'ions énergétiques. Des micro lentilles électrostatiques déclenchées par laser, technique développée récemment au LULI, seront utilisées pour sélectionner un domaine en énergie étroit du faisceau d'ion. -  Le plasma sera caractérisé à l'aide de plusieurs diagnostics dont l'Interférométrie dans le Domaine de Fourier, méthode développée au LULI. -  La perte d'énergie d'ions de différentes énergies sera mesurée dans des plasmas de différentes densités et températures à l'aide de spectromètres à temps de vol. -  Les calculs et les simulations sur le pouvoir d'arrêt des ions seront développés au LPGP. Les calculs et les simulations sur la production de faisceaux d'ion