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Étude des équations d'état des matériaux ablateurs synthétisés pour les capsules du Laser Mégajoule

Pierre COLIN-LALU (CEA/DIF & LULI)

Cette thèse s’inscrit dans le cadre de recherches menées sur la fusion par confinement inertiel (FCI). En particulier, l’étude proposée ici s’est concentrée sur les équations d’état tabulées des matériaux ablateurs synthétisés pour les capsules du Laser Mégajoule. Le but est alors d’étudier l'effet de la dissociation chimique sur l'Hugoniot de ces matériaux, qui n'est pas pris en compte dans les modèles d'équation d'état.

Pour ce faire, nous nous sommes basés sur le modèle QEOS, car il est simple d’utilisation, paramétrable et donc facilement modifiable.

Nous avons ensuite appliqué les méthodes de la dynamique moléculaire quantique pour générer la courbe froide et la courbe d’Hugoniot des matériaux étudiés. Nous avons concentré notre étude sur un domaine restreint du diagramme de phase caractérisé par des pressions de quelques mégabars, et de températures de quelques électronvolts qui peut être atteint sur des installations laser de tailles moyennes. Ces calculs ont montré un écart important avec le modèle QEOS. Une modification de ce modèle, à travers le coefficient de Grüneisen, nous a ensuite permis de restituer les effets observés sur l'Hugoniot et d’étudier leurs impacts sur la chronométrie des chocs dans une capsule de FCI.

Parallèlement à cette étude numérique, nous avons mesuré des états thermodynamiques sur l'Hugoniot des matériaux ablateurs lors de trois campagnes sur les installations laser LULI2000 à Palaiseau et GEKKO XII à Osaka au Japon. L’utilisation de diagnostics optiques nous a alors permis de sonder la matière sous choc et de confirmer les précédents résultats.

Cette étude a été réalisée sur deux matériaux ablateurs différents parmi lesquels on distingue le polymère non dopé CHO et le polymère dopé au silicium CHOSi. Nous avons ainsi montré un comportement universel de ces matériaux le long de l'Hugoniot. Ce résultat est important vis-à-vis de la FCI étant donné que le rôle du dopant n'est pas de changer les propriétés de compression de ablateur mais d'absorber le rayonnement X dur produit par la cavité.