Avec les lasers  
     
     
 
La Direction des applications militaires (DAM) du CEA a étudié les lasers dès 1960 (invention du laser en 1957). Acquérant plus de 30 années d’expériences dans le domaine des lasers de puissance, et pionnière des premières expériences générant des réactions de fusion par laser en 1969.
 
     
 
 
Avec la réalisation du programme Simulation, la DAM a prévu l''installation de 2 nouveaux lasers sur le site du Cesta, près de Bordeaux : la Ligne d'Intégration Laser (LIL) mise en service en 2002, et le laser Mégajoule (LMJ), dont la réalisation doit être achevée au début de la prochaine décennie.
 
La chambre d'expériences de la LIL
 
 
     
  Les plasmas créés par laser  
 
L'impact des faisceaux laser intenses sur une cible provoque le chauffage rapide d'une petite quantité de matière qui est portée à l'état de plasma. Selon les conditions expérimentales retenues et la zone de plasma considérée, la densité peut varier entre quelques millièmes et quelques centaines de g/cm3, et la température entre quelques centaines de milliers et quelques centaines de millions de degrés. Ces conditions thermodynamiques extrêmes provoquent dans le plasma l'émission d'une très importante quantité de photons et d'électrons dont l'énergie varie entre quelques dizaines d'eV et quelques dizaines de keV.
 
 
FCI par attaque indirecte
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Ces particules possèdent une énergie suffisante pour interagir avec les noyaux des ions partiellement ou totalement ionisés présents dans le plasma, entraînant une modification de l'environnement électronique. Cela agit sur le couplage atome-noyau, et perturbe les processus nucléaires mettant en jeu des particules chargées, en particulier les électrons.
 
     
  Excitation et désexcitation des noyaux dans un plasma  
     
 
Les processus nucléaires les plus fréquents dans un plasma sont l'excitation et la désexcitation des niveaux d'énergie des noyaux. Ils mettent en jeu les particules présentes dans le plasma : les photons et les électrons. Pour chaque processus d'excitation, il existe un processus inverse de désexcitation. Les taux de ces deux processus se compensent exactement quand le plasma est à l'équilibre thermodynamique avec les noyaux.
 
     
 
Le processus d'excitation nucléaire radiatif est l'absorption résonante d'un photon. Le noyau s'excite en absorbant un photon ayant l'énergie de la transition nucléaire. Ce phénomène se produit en quantité significative dès que l'énergie thermique du plasma est de l'ordre de grandeur de l'énergie de la transition nucléaire. Il est en concurrence avec deux processus de désexcitation. L'émission spontanée d'un photon par le noyau a lieu de la même façon qu'en laboratoire où elle est couramment observée. L'émission induite devient possible, et même supérieure à l'émission spontanée dès que l'énergie thermique du plasma atteint l'ordre de grandeur de l'énergie de la transition nucléaire.
 
Excitation et désexcitation nucléaires radiatives
 
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  Excitation d'un noyau avec les électrons  
     
  Il existe trois processus différents d'excitation selon que l'électron est libre ou lié à l'atome avant et après l'excitation du noyau :  
     
 
 
Le processus d’excitation libre-libre est la diffusion inélastique d’électrons. Un électron libre s’approche du noyau et lui fournit une partie de son énergie cinétique par excitation coulombienne en échangeant un photon virtuel. Ce phénomène est important à haute température, quand les atomes du plasma sont fortement ionisés. Le processus de désexcitation correspondant est la diffusion super-élastique d’électrons.
 
Diffusion inélastique d'électrons (e,e')
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Le processus d’excitation libre-lié est aussi connu sous le sigle NEEC (Nuclear Excitation by Electron Capture). Un électron libre est capturé sur une couche atomique non pleine et l’excédent d’énergie est utilisé par le noyau pour s’exciter. Ce processus n’a pas encore été observé en laboratoire. Sa mise en évidence fait l’objet d’un programme expérimental au GANIL sur un faisceau de fer 57 totalement ionisé. Le phénomène inverse est la désexcitation par conversion interne, connue depuis les années 1930, au cours de laquelle un noyau se désexcite en cédant son énergie à un électron du cortège atomique qui est libéré.
 
Excitation nucléaire par capture électronique (NEEC)
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Le processus d'excitation lié-lié est aussi connu sous le sigle NEET (Nuclear Excitation by Electron Transition). Un électron d'une couche atomique peu liée effectue une transition vers une couche plus profonde et l'énergie cédée est utilisée par le noyau pour s'exciter. Le phénomène inverse est connu sous le sigle BIC (Bound Internal Conversion). Ce processus ne peut se produire que lorsque l'énergie de la transition atomique est très proche de celle de la transition nucléaire. Cela limite de façon drastique le nombre de noyaux pour lesquels l'excitation NEET est possible. En laboratoire, il n'a été observé sans ambiguïté que sur les noyaux d'or 197 et d'osmium 189 par des équipes japonaises. Dans un plasma, cette condition est moins draconienne, car l'énergie de la transition électronique évolue avec les conditions thermodynamiques. L'observation en plasma de ce processus dans l'uranium 235 fait l'objet d'un programme expérimental auprès des lasers de puissance du CEA.
 
Excitation nucléaire par transition électronique (NEET)
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Différents modèles permettent d'évaluer les taux d'excitation par ces processus électro-photoniques. Dans le cas de l'excitation de l'isomère du 201Hg, ces taux ont été calculés dans un plasma à l'équilibre thermodynamique en fonction de la température et sont donnés sur la figure ci-contre.
 
Taux d'excitation du 201Hg dans un plasma
 
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  Consultez les expériences associées : auprès des lasers
 
   
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