Instabilités hydrodynamiques du front d'ablation en fusion par confinement inertiel

par Christophe Bernard Alphonse Almarcha

Thèse de doctorat en Systèmes complexes

Sous la direction de Paul Clavin.

Soutenue en 2007

à Aix-Marseille 1 , en partenariat avec Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Equilibre (IRPHE) (Marseille) (laboratoire) .

mots clés

• Instabilités hydrodynamiques
• Fusion nucléaire par confinement inertiel

Résumé

Dans le domaine de la Fusion par Confinement Inertiel (FCI), des instabilités hydrodynamiques se développent pendant la phase d’accélération lors de l’implosion d’une cible soumise à un rayonnement intense. Ces instabilités, relativement semblables à celle de Rayleigh-Taylor, compromettent la symétrique sphérique essentielle à l’amorçage des réactions thermonucléaires en fin de phase de compression. Leur compréhension nécessite l’étude de phénomènes couplés hydrodynamiques et thermiques sur une large gamme de longueurs de variation, ce qui rend les simulations numériques directes difficiles. En considérant des régimes intermédiaires d’accélération dans la limite asymptotique d’un fort exposant en température pour la conductivité thermique, le modèle classique en FCI se réduit à l’étude d’une discontinuité (le front d’ablation) entre deux écoulements potentiels. Ceci permet d’utiliser des méthodes numériques précises d’intégrales de frontière. Les simulations peuvent alors être poussées à des stades hautement non linéaires et font apparaître une singularité en temps fini, caractérisée par une divergence des gradients de vitesses et de la courbure du front. Cette singularité remet en question la validité de la limite asymptotique utilisée. On montre qu’un effet de tension de surface qui apparaît à l’ordre suivant du développement asymptotique est suffisant pour supprimer l’apparition en temps fini de la singularité.

Titre traduit

Hydrodynamic instabilities of the ablation front in inertial confinement fusion

Résumé

An Inertial Confinement Fusion (ICF), hydrodynamic instabilities grow during the acceleration stage in the imploding of a target under an intense radiation. These instabilities, quite similar to Rayleigh-Taylor instability, disturb the spherical configuration necessary for ignition of nuclear reactions in the late compression stages. Understanding them requires the study of coupled hydrodynamic and thermal instabilities on a wide range of length scales, which make direct numerical simulations difficult to perform. Considering intermediate regimes of acceleration in the asymptotic limit of a large power index for thermal conduction, the model usually used in ICF reduces to a discontinuity (the ablation front) between two potential flows. This allows the use of precise numerical boundary integral methods. Simulations can be performed to highly non linear stages and show the appearence of a finite time singularity consisting in an explosion of both the velocity gradients and curvature