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Module expérimental "Plasmas créés par laser"

Ce modal permet aux étudiants de découvrir par une approche scientifique « par la recherche » la physique des plasmas créés par laser. Les outils et les techniques innovantes, utilisés au quotidien dans les laboratoires de physique des plasmas font l’objet des trois premières séances, les autres séances étant réservées aux expériences d’interaction laser plasma.

 

Les plasmas, quatrième état de la matière, constitués d’électrons libres et d’atomes (ions) peu ou totalement ionisés, sont globalement neutres. La longue portée de l’interaction coulombienne leur confère des propriétés originales. Les plasmas créés par laser font l’objet de recherche fondamentale : la fusion par confinement inertiel pour la simulation d’armes ou pour la production d’énergie, l’astrophysique de laboratoire ou encore l’accélération de particules. Ce module expérimental vous permettra de créer votre premier plasma et de le caractériser par les techniques les plus récentes qui révèleront sa constitution, sa température et sa densité.

Les 3 premières séances sont dédiées à la découverte de l’environnement expérimental avec une séance sur le laser et son fonctionnement, et deux séances sur les techniques optiques: imagerie passive et active, réfractométrie, Schlieren, spectroscopie et interférométrie appliquée à l’écoulement de jet de gaz.

Les séances suivantes mettent à profit la maîtrise des techniques vues aux cours des trois premières séances. Les élèves réalisent l’expérience d’interaction laser plasma en focalisant le laser de puissance sur une cible solide ou gazeuse. Ils caractériseront ce plasma éphémère en prélevant par exemple une partie du faisceau laser créant le plasma pour sonder de façon optique le plasma et de suivre avec une résolution temporelle de la dizaine de nanosecondes la dynamique du plasma et par la suite d’en estimer sa température. Les spectres d’émission ou d’absorption obtenus permettent de plus de connaître la constitution du plasma, et l’interférométrie d’en estimer sa densité. Des expériences complémentaires sont couramment suggérées par les élèves, leur permettant de développer ainsi leur esprit d’initiative et d’exercer leurs talents de jeunes chercheurs.

Une visite des laboratoires LULI et LOA ainsi que trois cours (état de l'art des lasers de puissance, de la fusion inertielle et de l'interaction relativiste) d'environ une heure, viennent étoffer cet enseignement expérimental.