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Collimation de plumes plasma par des champs magnétiques intenses

Une expérience a été menée utilisant l’installation laser ELFIE du LULI à l’Ecole Polytechnique avec pour but de tester la collimation de plasma de haute puissance par des champs magnétiques intenses, d’un grand intérêt pour "l’astrophysique de laboratoire".

Pour cette expérience nous avons construit une "split-coil", i.e. un aimant à accès radial et longitudinal de 40 T conçu pour fonctionner à température ambiante. Ces deux accès cylindriques de 5 mm de diamètre sont ouverts sur l’enceinte à vide dans laquelle arrive le laser. Un, dans le trou de la bobine permet la fixation de la cible et l’accès du laser. Le second, pour le diagnostic, traverse le plan médian.

Le laser peut produire des impulsions de 50 J de 700 ps FWHM à la longueur d’onde fondamentale de 1.053 µm. Le faisceau est focalisé, au centre de la bobine, sur une cible plane. Plusieurs configurations ont été utilisées pour étudier l’influence de l’intensité, dans la gamme 1012-1014 W.cm-2, sur la formation et l’évolution avec ou sans champ magnétique, de la plume plasma. En variant le délai entre le laser principal et le laser sonde, nous sommes capable de suivre l’évolution du plasma au cours du temps. Comme le montre la figure ci-dessous, une forte collimation du plasma est observée quand on applique un fort champ magnétique au plasma en expansion.

(a) Photo du compartiment bobine à l’intérieur de l’enceinte à vide sur la ligne laser et données interférométriques brutes obtenues pour du cuivre de 250 µm d’épaisseur. Image prise 5 ns après le début de l’interaction sans champ magnétique (b) et avec champ magnétique de 20 T (c) parallèle à l’axe d’expansion du plasma. En bas densité de plasma calculée par inversion d’Abel pour les images du dessus.

Ces premiers résultats qui démontrent l’importance des champs magnétiques intenses dans la collimation de plumes plasma de hautes densités d’énergie, présentent un grand intérêt pour tester les modèles astrophysiques d’évolution de plasma.

Contact : Jérôme Béard