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Physique de la fusion

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C’est le thème prioritaire de l’équipe Plasma Chauds et Denses. Les thèmes abordés sont : physique de l’interaction laser-plasma, physique atomique des plasmas chauds, hydrodynamique de l’implosion du microballon. Les études menées au CELIA reposent largement sur la simulation numérique d’écoulements compressibles instationnaires pour lesquels nous avons besoin de codes spécifiques que nous développons par nos propres moyens ou qui nous sont fournis par des laboratoires coopérants : nous disposons ainsi du code eulérien HERA et du code mono-dimensionnel lagrangien CHIVAS. Pour ce qui concerne l’hydrodynamique induite par laser, l’approche lagrangienne est incontournable. Un de nos objectifs est de développer la base physique d’un code de simulation multidimensionnel destiné à l’étude de la FCI en attaque directe. C’est la raison pour laquelle nous développons le code bidimensionnel lagrangien CHIC.

Mise au point du code hydrodynamique CHIC

Depuis janvier 2003, un travail de fond est consacré à l’étude et la mise en place d’une méthode numérique nouvelle pour l’hydrodynamique lagrangienne (en collaboration avec J. Ovadia de CEA-CESTA et R. Abgrall du laboratoire MAB). Nous avons mis au point un nouveau schéma numérique pour l’hydrodynamique Lagrange bidimensionnelle. Ce schéma co-locatif et non-structuré a été implanté dans le code CHIC. Il est fondé sur une formulation en énergie totale. La vitesse des nœuds et le calcul des flux aux faces du maillage sont obtenus de manière cohérente par un solveur nodal. La construction de ce solveur repose sur les deux principes fondamentaux de conservation de la quantité de mouvement et d’inégalité entropique. Ce solveur s’interprète comme une extension bidimensionnelle du solveur acoustique de Godunov. La validation du code plan a été effectuée sur des solutions analytiques ainsi que par des comparaisons croisées entre différents codes. Le code CHIVAS a été utilisé pour des configurations représentatives de l’hydrodynamique FCI et le code PERLE pour l’étude d’instabilités hydrodynamiques. Les résultats numériques correspondants à ces cas-tests ont démontré la robustesse et la précision de ce schéma.

Coefficients de transport

Afin de produire des simulations à caractère prédictif, et/ou, afin d’interpréter les expériences, nous devons introduire dans nos codes des coefficients de transport réalistes. A cette fin, nous avons développé une librairie dévolue au calcul des équations d’état, ionisations, coefficients de transport coulombiens et sections efficaces nucléaires. Le modèle physique sous jacent est celui de Thomas-Fermi, modifié de manière à prendre en compte les données expérimentales d’équations d’état (en particulier la courbe « froide »). La librairie est également interfacée avec le logiciel NOHEL, fourni par A. Decoster (CEA-DAM) qui repose quant à lui sur un modèle d’Atome Moyen Hydrogénique comparable au modèle de More et Zimmermann. Cette librairie est destinée à être exploitée « en ligne » par nos codes (CHIC, PERLE, CHIVAS, HERA) ; elle est cependant dotée d’un interpréteur de commandes qui permet la visualisation graphique directe des données produites.

Hydrodynamique et instabilités

La croissance instable de défauts de petite longueur d’onde lors de l’implosion d’une cible à gain est un risque majeur pour l’atteinte de l’ignition sur le LMJ. Ces instabilités se développent essentiellement au front d’ablation, lors de l’accélération de la coquille, et en fin d’implosion, lors de son ralentissement. Ces instabilités sont ensemencées par les défauts géométriques de la cible et par les irrégularités de l’éclairement laser (imprint).

Physique du point chaud

Au moment de la formation du point chaud, les instabilités hydrodynamiques entrent dans un régime fortement non linéaire et perturbent gravement la conversion d’énergie cinétique en chaleur, qui doit conduire à l’allumage. Nous abordons ce sujet en s’appuyant sur le corpus théorique de la turbulence : en effet, nous avons mis en évidence la nécessité d’une modélisation fine de la production de turbulence par les fluctuations de température. Nous comptons étendre cette étude aux problèmes de mélange d’origine thermique au point chaud d’une cible laser.

Enfin, nous mettrons en place un modèle de turbulence dans un code unidimensionnel prenant en compte des fluctuations de température et de masse pour la simulation des mélanges au point chaud d’une cible.