1.4.4.1 Éjection de plasma du liner vers le pinch

Pour une configuration simple de la charge, telle que celle utilisée pour le tir Z539 , il est possible que du plasma venant du liner aille vers la zone du pinch. Ceci serait néfaste à l'expérience: un plasma d'aluminium^1.22 venant du liner pourrait s'intercaler entre le pinch en train de rayonner et les lignes de visées mesurant ce rayonnement et masquer la puissance réellement rayonnée par la charge. Une telle explication avait été avancée pour expliquer la faiblesse du rayonnement mesuré lors du tir Z539 . Il s'agit alors d'étudier l'éventualité d'un tel phénomène et de quantifier son impact. Le mécanisme de mise en mouvement du plasma pourrait être lié à la pression magnétique, à cause de l'inclinaison du barreau dans le gap. En effet, pour le tir Z539 , si l'on suppose que le courant maximum dans le secondaire vaut $13 \, \mathrm{MA}$, alors la pression magnétique est de

• $404 \, \mathrm{kbar}$ à l'entrée du gap ;
• $432 \, \mathrm{kbar}$ au sommet du barreau, dans le gap;

Ceci correspond à une différence de pressions de, au plus, $28 \, \mathrm{kbar}$ ou encore $28 \cdot 10^{8} \, \mathrm{Pa}$, que l'on peut comparer à la différence de pressions magnétiques radiales au même instant, voisine de $568 \, \mathrm{kbar}$. L'éjection de plasma pourrait être produite par la pression thermique de plasma. En effet, dans le cas où le gap ne contient pas (ou peu) de gradient de pression magnétique, il devient facile pour du plasma issu du liner et chauffé fortement par le courant amplifié de se détendre dans le gap (qui est une zone à basse pression hydrodynamique alors que le liner est, surtout vers l'impact, à forte densité). D'après les simulations MHD 2D (plus précisément, simulation Mach2 du tir Z680 ), le liner d'aluminium est constitué, lors de l'impact, de plasma de densité $2 \, \mathrm{kg/m^3}$ à $80 \, \mathrm{eV}$. En reportant un tel régime dans le diagramme d'états établi dans la section C.6 page , on se rend compte que ce plasma est un plasma (presque) cinétique. La pression de ce plasma est donc une pression de gaz parfait, soit $5.7 \, \mathrm{kbar}$ ou encore $5.7 \cdot 10^{8} \, \mathrm{Pa}$. Si la détente se fait à la vitesse sonore ionique définie en équation C.28 page , le degré d'ionisation du plasma d'aluminium étant de $11$ (voir l'approximation donnée en section C.6 page ), la vitesse de propagation de ce plasma est inférieure à $70 \, \mathrm{km/s}$ (ou encore $7 \, \mathrm{cm/\mu s}$), donc pour parcourir les $0.5 \, \mathrm{cm}$ séparant le liner du bas de la zone du pinch, il faudrait plus de $70 \, \mathrm{ns}$. Il semble donc assez difficilement envisageable que du plasma vienne du liner pour aller vers la zone du pinch. Enfin, les propriétés optiques nécessaires pour que le plasma absorbe le rayonnement émis par le pinch de façon significative ne sont pas accessibles avec un plasma venant du liner.

Figure 2.27: libre parcours moyen de ROSSELAND pour l'aluminium

La figure 2.27 représente le libre parcours de ROSSELAND pour l'aluminium, d'après les tables Sesame . Si l'on considère que le jet de plasma aurait eu la largeur du gap, alors pour que le rayonnement ait été absorbé il aurait fallu que ce libre parcours moyen soit très inférieur à l'épaisseur du jet de plasma, soit inférieur à $10^{-4} \, \mathrm{m}$. Cette zone est colorée sur la courbe et nous indique que pour qu'un tel plasma d'aluminium soit optiquement épais, il faudrait qu'il ait une densité supérieure à $10 \, \mathrm{kg/m^3}$ (c'est à dire de l'ordre de la densité d'un pinch, ce qui est différent d'un simple liner ou de son précurseur, qui plus est en présence de $B_z$ qui gêne la compression) et une température inférieure à $30 \, \mathrm{eV}$ (ce qui est assez faible pour un liner en fin de compression). Un plasma issu d'un précurseur ou d'un liner ne devrait donc pas pouvoir absorber le rayonnement issu du pinch. Par contre, un plasma issu de l'explosion d'électrodes, donc à basse température (au voisinage de $1 \, \mathrm{eV}$) et à la densité proche de celle du solide (voisine de ${10}^4 \, \mathrm{kg/m^3}$) pourrait poser problème. Mais il s'agit alors d'un probléme connu de bouchage des orifices d'une cavité, qui à priori ne doit pas se poser dans les configurations utilisées couramment sur Z.

Figure: chicane visant à empécher le plasma d'aller du liner vers le pinch

Après le tir Z539 , il avait été décidé, par mesure de sécurité, de faire subir un certain nombre de modifications au dimensionnement des tirs radiatifs afin de garantir qu'un plasma venant de la zone du liner (que ce soit un plasma d'électrode ou du précurseur) ne se déplace vers le pinch. Dans ce cas, pour minimiser les risques, il convient de

• supprimer l'angle du barreau dans le gap, c'est à dire conserver un barreau droit dans le gap ;
• utiliser une sorte de chicane empêchant un plasma de se déplacer vers le pinch (en effet, il faudrait alors que le plasma se déplace vers des rayons plus grands avant de pouvoir atteindre le pinch !).

Ces mesures ont été appliquées à partir du tir Z539 . A titre d'exemple, voir l'extrait de dessin mécanique d'un tir sur la figure 2.28.

Notes

... d'aluminium^1.22

Le liner de la plupart des tirs et en particulier du tir Z539 est constitué de fils d'aluminium.