X RAY EMISSION OF LASER-CREATED HOT PLASMAS IN NON LOCAL THERMODYNAMIC EQUILIBRIUM CONDITIONS - PhDData

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X RAY EMISSION OF LASER-CREATED HOT PLASMAS IN NON LOCAL THERMODYNAMIC EQUILIBRIUM CONDITIONS

The thesis was published by Anne-Claire, Bourgaux, in October 2015, École Polytechnique X.

Abstract:

X-ray emission of mid to high Z plasmas not in local thermodynamic equilibrium (LTE) is particularly difficult to modelize due to high number of electronic transitions to take into account. Studying X-ray emission from L-shell and M-shell transitions is extremely interesting, for both benchmarking numerical calculations (especially in non LTE conditions) and understanding of non LTE atomic physic in hot and dense plasmas.Experiments have been developed with the issue of measuring as completely as possible and in independent ways the X-ray emission and the hydrodynamic evolution of the studied plasmas. These plasmas were created using high energy lasers, from solid targets, aiming to observe L-shell (bromine, niobium) or M-shell (tantalum, tungsten) emission. The experimental setup has been improved over the time, including front and rear hydrodynamic diagnostics, which allow constraining numerical simulations describing the whole plasma evolution.Then spectra were calculated by atomic physic codes, using hydrodynamic conditions determined from measurements. Measurements and simulations are in good agreement, especially for M-shell emission spectra, however calculations still lacks details to finely reproduce the observed structures, which affects mainly L-shell emission spectra.

L’émission X de plasmas hors Ă©quilibre thermodynamique local (ETL) de Z moyen ou Ă©levĂ© est particulièrement difficile Ă  modĂ©liser du fait du grand nombre de transitions Ă©lectroniques Ă  prendre en compte. L’étude du rayonnement X issu des transitions de couches L et M est extrĂŞmement intĂ©ressante, d’une part pour la validation des codes numĂ©riques (en particulier hors ETL), et d’autre part pour la comprĂ©hension de la physique atomique hors ETL dans les plasmas chauds et denses. Des expĂ©riences ont donc Ă©tĂ© dĂ©veloppĂ©es avec pour enjeu de mesurer le plus complĂ©tement possible et de manière indĂ©pendante d’une part l’émission X, et d’autre part l’évolution hydrodynamique des plasmas Ă©tudiĂ©s. Les plasmas ont Ă©tĂ© crĂ©Ă©s Ă  l’aide de lasers de puissance Ă  partir de cibles solides, afin d’observer une Ă©mission de couche L (brome, niobium) ou M (tantale, tungstène). Le dispositif expĂ©rimental qui a Ă©tĂ© amĂ©liorĂ© au cours du temps comportait plusieurs diagnostics hydrodynamiques, en face avant comme en face arrière, permettant une bonne caractĂ©risation de l’évolution du plasma. Les mesures hydrodynamiques ainsi rĂ©alisĂ©es ont permis de contraindre des simulations numĂ©riques dĂ©crivant complètement le plasma.Des codes de physique atomique ont ensuite Ă©tĂ© utilisĂ©s pour calculer les spectres dans les conditions hydrodynamiques dĂ©terminĂ©es Ă  partir des mesures. L’accord obtenu entre spectres expĂ©rimentaux et mesurĂ©s est bon, particulièrement pour les spectres d’Ă©mission de couche M, cependant les calculs manquent encore de dĂ©tails pour reproduire finement les structures observĂ©es, ce qui affecte principalement les spectres d’Ă©mission de couche L.



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