Compression de flux magnétique dans le régime sub-microseconde pour l'obtention de hautes pressions et de rayonnement X intense
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
In order to study the feasibility of creating an intense X ray source for France, the Centre d'Études de Gramat (CEG) is investigating several technologies. The Syrinx project is looking at the potential of High Pulse Power technologies for Isentropic Compression Experiments, High Temperatures Hohlraums and Radiation Hardening (X rays between 1 eV and 10 eV radiated by a Z-pinch). Then it is necessary to provide a power amplification stage allowing electrical currents of the order of 10 MA with a hundred nanoseconds rise rime to be delivered to the load. Usually, generators use pulse forming lines or plasma opening switches. Magnetic Flux Compression, another power amplification possibility, is studied in this dissertation. It has enabled the compression of the 100 ns pulse of the Z machine (Sandia National Laboratories) into a 40 ns pulse and the compression of the 1 ms pulse of the ECF generator (CEG) into a 100 ns pulse. This technology bas the advantage of a characteristic implosion time less than a micro second avoiding many of the problems the explosive driven flux compression ran into. This research work consisted initially in finding the right parameters for several codes (circuits codes, plasma codes. . . ) in order to adapt them to the Flux Compression. These numerical tools have then been used to design experiments on Z and ECF. These experiments have reached 5 Mbar with shock and more than 2 Mbar in isentropic compression as well as 110 eV in a hohlraum. Insights gleaned from the interpretation of the shots have been compared to our understanding of the power amplification system and of the loads. Finally, this allows us to improve our numerical tools and to optimize the Flux Compression concept. The work which has been done should lead to the extrapolation of the concept to an X ray generator of the 60 MA class.
Abstract FR:
Afin de démontrer la faisabilité d'une source de rayonnement X intense pour la France, le Centre d'Études de Gramat (CEG) explore un certain nombre de voies technologiques. Le projet SYRINX étudie les possibilités offertes par les hautes puissances pulsées (HPP) pour des applications de compression isentropique, de cavités à hautes températures (hohlraum) et de durcissement (rayonnement X entre 1 et 10 keV produit par un Z-pinch). Il est alors nécessaire de disposer d'un étage d'amplification de la puissance électrique permettant d'atteindre des courants de l'ordre de 10 MA en une centaine de nano secondes. Les générateurs habituels utilisent des lignes de compression d'impulsion ou bien des commutateurs à plasma. Une autre possibilité, appelée compression de flux magnétique, est l'objet de ce travail. Elle a permis de comprimer l'impulsion de 100 ns du générateur Z des Sandia National Laboratories en une impulsion de 40 ns et l'impulsion de 1 ms du générateur ECF du CEG en une impulsion de 100 ns. Cette voie offre l'avantage d'un temps caractéristique d'implosion inférieur à la micro seconde et évite alors un grand nombre de problèmes posés par les compresseurs de flux à explosifs. Ce travail a consisté tout d'abord à paramétrer des codes numériques divers (codes circuit, codes plasma,. . . ) afin de les adapter à la problématique de la compression de flux. Les outils numériques ainsi mis au point ont ensuite servis aux dimensionnements d'expériences, réalisées sur les générateurs Z et ECF, qui ont permis d'atteindre 5 Mbar sous choc et plus de 2 Mbar en compression isentropique ainsi qu'une température de cavité voisine de 110 eV. Les enseignements issus de l'interprétation des tirs ont été confrontés à notre compréhension du système et des charges employées. Enfin, ceci a permis d'améliorer les outils numériques et d'optimiser le concept. Le travail réalisé doit permettre d'extrapoler le concept à un générateur de rayons X intenses de la classe 60 MA.