Génération de chocs par laser et leur utilisation pour étudier des composés simples à haute pression

Generation of laser-driven shocks and their use to study simple compounds at high pressure

• Auteur / Autrice : Donaldi Mancelli
• Direction : Dimitri Batani, Ion Errea, Luca Volpe
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique, Plasmas, nucléaire
• Date : Soutenance le 15/12/2021
• Etablissement(s) : Bordeaux en cotutelle avec Universidad del País Vasco
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Lasers Intenses et Applications (Bordeaux ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Guionneau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ion Errea, Luca Volpe, Philippe Guionneau, Leonida A. Gizzi, Michael Tatarakis, Katarzyna Batani, Miguel Martinez-Canales, Maria Blanco-Rey
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Leonida A. Gizzi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Calcul ab initio

Ondes de choc

Eau

Carbone

EOS (programme)

Mots clés libres

Eos

Choc

Ab-Initio

LiH

Carbon

Eau

Eos

Shock wave

Ab-Initio

LiH

Carbon

Water

Résumé

La connaissance et la compréhension approfondies de l'équation d'état de matériaux simples tels que le carbone et l'eau dans le régime de la matière dense chaude (WDM) sont essentielles pour la modélisation de la structure interne de nombreux objets astrophysiques, en particulier les planètes joviennes, ainsi que pour la recherche sur la fusion par confinement inertiel (ICF). Une équation précise des données d'état peut être utilisée pour comparer les codes hydrodynamiques et valider des modèles théoriques tels que SESAME, MPQEOS, FEOS et l'équation d'état ab-initio calculée avec les codes de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT). Les installations laser PHELiX au GSI en Allemagne et GEKKO-XII à l'Institute of Laser Engineering (ILE) au Japon ont été utilisées pour générer des ondes de choc plaines dans des cibles de diamant et d'eau résultant en conditions WDM. Nous avons utilisé un ensemble de diagnostics indépendants pour mesurer les conditions thermodynamiques du diamant et de l’eau comprimés, y compris l'interférométrie de vitesse pour tout réflecteur (VISAR) et la pyrométrie optique résolue en temps (SOP). En plus du travail sur la compression laser, on present aussi les résultats d'une campagne expérimentale utilisant la compression laser dynamique sur des échantillons d'eau précomprimés de façon statique en utilisant des cellules à enclume de diamant. La dernière partie de la thèse est consacrée à un travail théorique Ab-initio sur LiH utilisant les codes Quantum Espresso et CALYPSO, à la recherche de candidats intermédiaires pour expliquer la transition de phase métal-isolant B1 - B2. Enfin, nous présentons les résultats préliminaires de la campagne expérimentale préparatoire sur l'expérience à haute puissance et taux de répétition élevé pour la plate-forme L4n sur P3 à ELI-Beamlines en soulignant les défis auxquels nous devons faire face et les avancées qui résulteront d'une telle installation laser.

Deep knowledge and understanding of the equation of state of simple materials such as the carbon and water in the warm dense matter (WDM) regime is essential for the modelling of the inner structure of many astrophysical objects, in particular Jovian planets as well as for inertial confinement fusion (ICF) research. Accurate equation of state data can be used to benchmark hydro codes and validate theoretical models such as SESAME, MPQEOS, FEOS and ab-initio equation of state calculated with density function theory (DFT) codes. The PHELiX at GSI Germany and GEKKO-XII at Institute of Laser Engineering ILE in Japan, laser facilities were used to drive planar shock waves in multi layered structured targets of diamond and water resulting in WDM conditions. We utilised a set of independent diagnostics to measure the thermodynamic conditions of WDM including velocity interferometry for any reflector (VISAR) and streaked optical pyrometry (SOP).This work presents a full set of measurements of the thermodynamic properties for different laser intensity drivers creating warm dense diamond and water. In addition to the laser compression work, results from experimental campaign using static compression on precompressed water samples with the use of diamond anvil cells are also being presented. The last part of thesis we will dedicate on theoretical Ab-initio work on LiH utilising Quantum Espresso code and CALYPSO for crystal structure prediction (CSP) at elevated pressures and three different formula units system, searching for intermediate candidate to explain the metal-insulator phase transition B1 − B2. Finally we present preliminary results from preparatory experimental campaign on high power and high repetition rate experiment for the L4n on P3 platform at ELI-Beamlines pointing out the challenges we have to face and the advances that will results from such laser facility.