Etude de la fragmentation dynamique de métaux sous choc laser
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Abstract EN:
The irradiation of a metallic target by a high power laser pulse induces a shock wave in the material. Under some conditions, it leads to the production of high velocity ejecta which can damage the optical environment (lenses, mirrors, windows, etc. ). With the ongoing development of high energy laser facilities, designed to achieve inertial confinement fusion, the question of debris ejection from metallic samples subjected to intense laser irradiation has become a key issue. It is necessary to understand fragmentation processes induced by laser shock, and to anticipate and quantify generated fragments, in order to design suitable protections and experiments, and to preserve laser facilities. The main fragmentation processes which can occur in a laser shock-loaded metallic target and generate high velocity ejecta are: microjetting, spallation and dynamic punching. Experimental campaigns have been performed on high energy laser facilities. Gold and aluminium have been mainly studied because they are the two metallic components of the target which will be used to achieved the inertial confinement fusion. Specific diagnostics have been developed and used during these experiments to study the dynamic fragmentation. Experimental results have been compared with numerical predictions obtained with a bi-dimensional hydrodynamic code, where a specific numerical model has been implemented. The ability of simulations to reproduce dynamic fragmentation of laser shock-loaded metallic targets have been verified.
Abstract FR:
L'irradiation d'un matériau métallique par une impulsion laser de forte puissance induit une onde de choc à l'intérieur de ce matériau. Dans certaines conditions cela peut conduire à la production de fragments qui sont éjectés à des vitesses élevées et sont alors susceptibles d'endommager l'environnement proche (lentilles, miroirs, hublots, etc. ). Avec le développement des installations laser de haute énergie destinées à réaliser la fusion par confinement inertiel, l'éjection de tels débris est devenu un problème crucial. Il devient alors important de comprendre les processus de fragmentation induits par choc laser et d'arriver à anticiper et quantifier les fragments qui seront générés afin de pouvoir prévoir les protections adéquates, dimensionner les expériences et ainsi préserver les installations laser. Les principaux processus de fragmentation qui peuvent survenir dans une cible choquée par laser et générer des fragments à hautes vitesses sont : le microjetting, l'écaillage et la rupture par perforation. Des campagnes expérimentales ont été menées sur des grandes installations laser. Elles ont principalement porté sur les deux composants métalliques des cibles utilisées pour réaliser la fusion par confinement inertiel : l'aluminium et l'or. Des diagnostics spécifiques à l'étude de la fragmentation ont été développés et utilisés au cours de ces campagnes. Les résultats expérimentaux ont été comparés avec les prédictions numériques d'un code hydrodynamique 2D, dans lequel un modèle de fragmentation spécifique a été implémenté au cours de cette thèse. La capacité des simulations à reproduire la fragmentation dynamique des cibles sous choc laser a pu être vérifiée.