docChocs laser sur cibles pré-comprimées : Equations d`état He
download 
Plainte Transcription
Chocs laser sur cibles pré-comprimées : Equations d`état He
Chocs laser sur cibles pré-comprimées: Equations d’état He, H2/D2 Stéphanie Brygoo, Paul Loubeyre CEA Jon Eggert, Peter Celliers, Gilbert Collins, LLNL Stewart Mc Williams, Dylan Spaulding, Raymond Jeanloz, University of Berkeley ILP PETAL 27/10/2008 Qu’est ce qu’est une équation d’état ? Une équation d’état est la relation thermodynamique qui lie les grandeurs T, V, P et E d’un système P(V,T) Fusion par Confinement Inertiel 2 problématiques importantes: - fondamentale Hydrogène métallique Hydrogène atomique Exemple d’un système ‘simple’, la comparaison théorie/expérience n’est pas entièrement satisfaisante 4 Hydrogène moléculaire - astrophysique r ite p Ju iot e ed p ro nt e s I 3 -2 Domaine de la matière dense et chaude: partiellement ionisé, fortement couplé, partiellement dégénéré Plasma normal Hugon Log Τ (K) 5 E(V,T) -1 0 3 Log ρ (g/cm ) ILP PETAL Solide métallique Intérieurs de Jupiter et Saturne 1 27/10/2008 La controverse du Deutérium Controverse importante Pression (GPa) 2 séries d’expérience: Z-pinch et laser 2 séries de données: 2 courbes théoriques différentes: chimique (6) et ab-initio (4) Compression ILP PETAL 27/10/2008 Conséquence astrophysique Des équations d’état incertaines entraînent des scénarios différents pour la formation des planètes • Formation de Jupiter et Saturne ? Ont-elles un noyau? Pas de noyau ou petit noyau Pression (GPa) • Effondrement gravitationnel par condensation Noyau •Accrétion autour d’une masse solide Compression Expérience de laboratoire peut résoudre un problème d’astrophysique important ILP PETAL 27/10/2008 Autre conséquence indirecte Autre problème majeur astrophysique: Luminosité de Saturne Age estimé de Saturne avec un modèle homogène: 2.4 MA Age estimé du système solaire: 4.56 MA Excès de luminosité: pas compatible avec l’âge estimé Problème de miscibilité de H2/He: Premières étapes pour résoudre ce problème: comprendre chaque système simple ILP PETAL 27/10/2008 Atteindre un domaine dense et chaud: nouvelle approche Limites des méthodes actuelles Chauffage résistif sur cellule à enclumes diamant Laser Nova Chauffage laser sur cellule à enclumes diamant Fenêtre en Beryllium Laser sur cibles précomprimées Deuterium Radiographie X Laser sonde T(K) Bloc de cuivre Fenêtre en saphir Hugoniot principal 10000 5 GPa Fluide conducteur Forces Supports diamant 1000 Enclumes H2 fluide Echantillon Joint H2 solide 100 50 100 150 200 P(GPa) ILP PETAL 27/10/2008 250 300 350 400 Principe de l’approche dynamique Relations de Rankine-Hugoniot: Front de choc Echantillon à P0 Échantillon à P P = P0 + UsUp V0 V Us − Up = V0 Us Piston Us E − E0 = 1 ( P + P0 )(V0 − V ) 2 Up 3 équations à 5 inconnues nécessité de mesurer 2 paramètres Us, Up ⇒ P, V, E Us et Up: Mesure VISAR et VDC La température n’intervient pas dans les équations nécessité de mesurer T indépendamment Mesure pyromètre et VDC ILP PETAL 27/10/2008 Description d’une cible Fenêtre diamant 100 µm Saphir face arrière 5 mm Quartz 25 µm support support 3 KJ Laser Spot 700 µm T=1- 3 ns Visar Échantillon CH 20 µm ILP PETAL Au 2 µm Al 0.1 µm Joint CuBe 200 µm 27/10/2008 Une progression dans les études Métrologie Technique 6 beams Et EMP! Utilisation du quartz comme matériau de référence VISAR: mesure de vitesse, pression densité Augmentation précompression ILP PETAL 21 beams 10 KJ SOP: Température 27/10/2008 Hugoniot de He PIMC Millitzer, PRL 97, 175501 (2006)) SESAME ACTEX Ross et al PRB76, 20502 (2007)) SCVH Saumon et al Astr.J. 99, 713 (1995)) Mesures discriminantes pour modèles. Bon accord avec Saumon-Chabrier EOS. Maximum of compression jusqy’à 6 et qui dépend de la densité initiale. Eggert et al, Phys. Rev. Lett. 100, 124503 (2008) ILP PETAL 27/10/2008 Ionisation en pression de l’hélium. Mesures de Réflectivité et de T le long des Hugoniots: R(ρ, T). • Séparation des contributions en pression et en température de l’ionisation • Démonstration d’une correction de +6eV sur le calcul DFT-GGA du gap électronique. • A partir de R(ρ, T), calcul de la conductivité ILP PETAL 27/10/2008 H2/D2 Résultats D2 cryo: standard Al Knudson et al Z-pinch Sandia Fortov et al Chocs convergeants. D.Hicks et al, Laser. LLNL Une controverse sur l’Hugoniot D2 cryo Des mesures toujours en cours. ILP PETAL Mesures H2/D2 sur cibles pré-comprimées. Une exploration plus large du diagramme de phase Des effets relatifs et isotopiques significatifs. 27/10/2008 Mélanges He/H2 Réflectivité = moyen de voir la miscibilité Mesures à l’intérieur de Jupiter Premiers résultats montrent la faisabilité Pas encore assez de données ILP PETAL 27/10/2008 Conclusion Problématiques: - physique fondamentale: étude de la matière dense et chaude - astrophysique Mise en place d’une expérimentation fine, avec couplage du statique et du dynamique et une stratégie pour utiliser les lasers de puissance Evolution des cibles: plus d’énergie et augmentation de la précompression pour se rapprocher des conditions astrophysiques Prochaine étape: couplage laser court et long: du macroscopique au microscopique utilisation du rayonnement X Radiographie, diffraction ILP PETAL Information sur la structure interne de la matière 27/10/2008
