Modeling stimulated Raman scattering in multidimensional configurations for ICF
Description
Inertial Confinement Fusion is one of the two major ways to achieve thermonuclear fusion of light nuclei in laboratory. The thermonuclear reactions are initiated with mega-joule-class lasers, using the direct or the indirect drive scheme. Our main concern is the indirect drive scheme, where laser beams propagate through a hot and under-dense plasma in which they undergo substantial losses, because of laser-plasma instabilities. These losses are highly detrimental in the sense that they reduce the laser energy deposition needed to eventually compress the fuel via inertial confinement. More precisely, the incident laser light can be reflected in scattering processes, one of which is the Stimulated Raman Scattering (SRS) off electron plasma waves, leading to substantial energy losses (up to 50%). Although this instability has been investigated for many years, its modeling remains difficult particularly for millimeter-size and inhomogeneous plasmas in long time scales (nanosecond). One major difficulty is the quick evolution toward nonlinear regimes related to the important modification of the electron distribution function. The challenging goal of this work is to develop a realistic model for SRS in ICF relevant plasmas, on long time scale, taking into consideration the different nonlinear effects associated with electron plasma waves. A new wave coupling approach, implemented in a 2D/3D code, was elaborated and successfully confronted with reference kinetic simulations from a PIC code. Ultimately, the developed model is applied to recent experimental contexts and allows a novel and relevant interpretation of some measurements. (author)
Abstract (French)
La Fusion par Confinement Inertiel (FCI) est l'une des voies qui permettrait de realiser la fusion thermonucleaire de noyaux legers en laboratoire. Les reactions nucleaires sont amorcees en utilisant des lasers intenses de type 'megajoule', par des schemas d'attaque directe ou indirecte. Dans le cas de l'attaque indirecte, approche retenue sur l'installation Laser Mega Joule qui est un projet majeur de la Direction des Applications Militaires du CEA, les lasers traversent un plasma chaud et sous-dense propice au developpement d'instabilites generees par l'interaction laser-plasma. Ces instabilites peuvent conduire a des pertes importantes de l'energie laser incidente. Plus particulierement, la diffusion Raman stimulee (DRS), ou le rayonnement laser diffuse sur les ondes plasma electroniques, peut renvoyer une partie importante de l'energie laser (jusqu'a 50%), ce qui reduit inevitablement le depot d'energie necessaire pour realiser la compression du milieu fusible par reaction d'inertie. Cette instabilite, bien qu'etudiee depuis de nombreuses annees, reste difficile a modeliser sur des temps longs (nanoseconde) pour des plasmas millimetriques et, qui plus est, inhomogenes. En effet, l'instabilite evolue rapidement vers des regimes non lineaires, associes a une deformation importante de la fonction de distribution electronique. L'objectif ambitieux de ce travail est de modeliser de maniere realiste la diffusion Raman dans les plasmas relatifs a la FCI, sur des temps longs et en tenant compte des effets non lineaires associes aux ondes plasma electroniques. Dans ce but, un modele original de couplage d'ondes prenant en compte la deformation de la fonction de distribution electronique a ete developpe. Ce modele, mis en oeuvre dans un code 2D/3D est compare avec succes a des simulations cinetiques de references, issues d'un code PIC. Finalement, le modele obtenu est applique a des situations experimentales recentes et permet d'apporter, aux observations faites dans ce cadre, une interpretation originale et pertinente. (l'auteur)
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Additional titles
- Original title (French)
- Etude et modelisation de la diffusion Raman stimulee en configuration multi-dimensionnelle pour la FCI
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 184 p.
- Report number
- FRCEA-TH--10403
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 50053617
- Subject category
- S70: PLASMA PHYSICS AND FUSION TECHNOLOGY;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- COMPUTERIZED SIMULATION; INERTIAL CONFINEMENT; INSTABILITY; KINETICS; LASER-PRODUCED PLASMA; NONLINEAR PROBLEMS; THERMONUCLEAR REACTIONS; TRAPPING
- Descriptors DEC
- CONFINEMENT; NUCLEAR REACTIONS; NUCLEOSYNTHESIS; PLASMA; PLASMA CONFINEMENT; SIMULATION; SYNTHESIS
Optional Information
- Notes
- 89 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses