Les Défis du CEA n°197 mars 2015
Les Défis du CEA n°197 mars 2015
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°197 de mars 2015

  • Périodicité : mensuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (200 x 297) mm

  • Nombre de pages : 28

  • Taille du fichier PDF : 7,8 Mo

  • Dans ce numéro : Haut Débit... les photons en renfort des électrons.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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À LA POINTE Porte-cible cryogénique qui vient placer la micro-cible au centre de la chambre expérimentale du LMJ, au point de focalisation, avec une précision extrême. DISSUASION NUCLÉAIRE LMJ : LE LASER HAUTE ÉNERGIE PASSE À L’ACTION Quelle fabuleuse énergie lumineuse, celle que peut désormais produire le laser Mégajoule. Et quel enjeu : porter la matière dans des conditions extrêmes de température, de pression et de densités, pour l’analyser. Une installation majeure du programme Simulation mené au profit de la dissuasion nucléaire française par le CEA-DAM. Ça y est ! En octobre dernier, à une quarantaine de kilomètres au sud de Bordeaux, sur le centre CEA-Cesta, le Laser Mégajoule (LMJ) a été mis service opérationnel, en présence du Premier ministre. Cette fantastique installation dont l’objectif est de produire une énergie phénoménale, avant de la focaliser en une fraction de seconde sur une cible millimétrique, vient de réaliser sa première expérience de physique des armes. Objectif : porter la matière dans des conditions extrêmes de empérature et de pression, environ 100 millions de degrés et 100 milliards d’atmosphère et des densités comparables à celles qui règnent au cœur du Soleil. Ainsi, avec ce formidable laser, prend place une installation majeure du programme Simulation qui vise à mettre en œuvre et à valider expérimentalement les modèles numériques garants du bon fonctionnement des armes nucléaires de la France (voir encadré). Un laser parmi les plus puissants au monde Le LMJ est dimensionné pour délivrer, sur une cible de quelques millimètres de diamètre, une énergie lumineuse supérieure à un million de joules en un milliardième de seconde. Pour ce faire, un bâtiment de 300 mètres de long abrite 176 lasers regroupés en 22 chaînes de 8 faisceaux. Chacun parcourt près d’un kilomètre à travers une chaîne 11\01.,`44 5-2 ; aroiakWitIVVOli'\:Ar "tik4^fiiiUMAUVAIMI, `,24,), A 1% air - 10 Les défis du CEA Plus d’informations sur www.cea.fr CEA
amplificatrice avant d’être focalisé, à 50 microns près et avec une précision temporelle de l’ordre de la pico seconde, sur la micro-cible. « Ce niveau de performances sans précédent a nécessité de développer toute une panoplie de technologies et de procédés de fabrication », précise Pierre Vivini, chef du projet LMJ au CEA-DAM. De la chaîne amplificatrice à la micro-cible Tout commence par la production d’impulsions de l’ordre d’un milliardième de joule. À l’issue d’une première phase d’amplification d’une expérience, cette énergie est portée à 1 joule et chaque faisceau possède une forme carrée de 40 millimètres de section, une géométrie très inhabituelle choisie pour des raisons de compacité. S’en suit une deuxième étape où l’énergie de chaque faisceau est multipliée par 20 000. La section des faisceaux atteint alors 40 centimètres ! Pierre Vivini explique : « pour garantir la qualité des faisceaux, il a fallu développer des optiques : lentilles, miroirs, réseaux, cristaux, plaques d’amplification… en tout plusieurs milliers de pièces qui se caractérisent par des précisions de planéité de l’ordre du micron pour des pièces de plusieurs dizaines de centimètres de section et réalisées industriellement. » Les faisceaux laser sont alors dirigés par un jeu de six miroirs permettant de passer d’une configuration parallèle à des faisceaux convergeant vers la salle d’expériences. Ils pénètrent au cœur de la chambre d’expériences, sphère d’aluminium de 10 mètres de diamètre, et sont focalisés sur la micro-cible positionnée au centre, à 10 microns près. Conditions requises pour que l’expérience puisse avoir lieu. La montée en puissance des expériences vers la fusion nucléaire Différents types de ces micro-cibles vont ainsi être testés tout au long de la montée en puissance du LMJ afin CEA d’étudier tous les aspects de la physique des armes. « On a démarré avec huit faisceaux pour la première campagne d’expériences dédiée à l’étude d’un phénomène d’hydrodynamique radiative. La séquence du fonctionnement d’une arme nucléaire a été décomposée et sera reproduite de manière analogique point par point avec le laser », explique Charles Lion, directeur du programme Simulation au CEA- DAM. La mise en service des nouvelles chaînes au cours des années à venir permettra d’autres expériences : établir les équations d’états thermodynamiques à ultra-haute température et pression de nombreux matériaux, étudier la manière dont les rayons X traversent la matière, générer des instabilités hydrodynamiques et des turbulences… Jusqu’à « l’expérience ultime », d’ici une dizaine d’années : la fusion nucléaire obtenue en utilisant une cible remplie d’un mélange de deutérium et de tritium. Une filière civile se profile Outre le programme Simulation, le LMJ sera dédié à 25% à la communauté académique avec, notamment, la mise en service du laser PETAL en cours d’installation sur le site. Au programme : la création et l’étude de champs magnétiques intenses, la réalisation d’expériences visant à reproduire les conditions exceptionnelles du cœur des étoiles ou encore l’accélération d’ions par laser pour la recherche médicale. De quoi faire de l’instrument phare de la dissuasion nucléaire française un accélérateur de science tous azimuts. Mathieu Grousson b CEA-DAM La Direction des applications militaires met en œuvre tous ses moyens de recherche pour garantir la sûreté et la fiabilité de la dissuasion nucléaire française. Il contribue également, à la surveillance du respect du Traité d’interdiction des essais nucléaires (Tice). LE PROGRAMME SIMULATION Les essais nucléaires ayant été définitivement arrêtés par la France en 1996, le programme Simulation est désormais l’élément clé qui permet aux physiciens du CEA-DAM de garantir la fiabilité, la sûreté et les performances des armes nucléaires françaises. Il vise en effet à reproduire, par le calcul, les différentes phases de fonctionnement d’une arme nucléaire pour garantir ses performances sans avoir à recourir à un nouvel essai nucléaire. Ainsi, le programme Simulation est une démarche scientifique appliquée aux armes nucléaires qui repose, d’une part, sur des équipes scientifiques de haut niveau. D’autre part, il nécessite de grands équipements indispensables pour résoudre et valider les équations modélisant le fonctionnement des armes nucléaires : le supercalculateur Tera, installé sur le centre CEA de Bruyères-le- Châtel ; la machine radiographique Epure du centre CEA de Valduc ; et le laser Mégajoule au centre CEA du Cesta, qui n’a d’égal que le laser NIF (National Ignition Facility) mis en service en 2009 aux États-Unis. Mars 2015 N°197 11



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