Etudes expérimentales et numériques de l'interaction d'un faisceau d'électrons avec une cible aluminium

Abstract

Une des applications des faisceaux intenses d’électrons relativistes est la caractérisation de matériaux soumis à leur irradiation. L’étude des chocs en résultant permet de développer et de valider les équations d’états de ces matériaux. Au CEA/CESTA nousdisposons de deux générateurs qui seront décrits et utilisés dans cette thèse. CESAR est un générateur produisant un faisceau d’électrons de 800 keV, 300 kA, sur une durée de 60 ns. En raison du fort courant, le faisceau est transporté dans 1 mbar d’air puis il est focalisé grâce à un champ magnétique externe. Le temps de fonctionnement de CESAR est divisé en deux parties : la caractérisation du faisceau émis et l’étude de matériaux soumis à des chocs par le dépôt d’énergie des électrons. Pour simuler le comportement du matériau cible pendant l’expérience, nous utilisons deux codes de calculs. Le premier, Diane, calcule le dépôt d’énergie des électrons dans la cible. Le second, Hésione, utilise les résultats de Diane pour simuler l’hydrodynamique de cette dernière qui est associée au dépôt d’énergie. Pour initialiser les calculs, nous utilisons les résultats des expériences de caractérisation du faisceau (énergie cinétique des électrons, courant et homogénéité du faisceau). Dans le cas de CESAR à haute fluence (700 cal/cm2), nous montrerons que l’énergie des électrons doit diminuer durant leur transport dans le gaz pour restituer correctement les expériences par les simulations. En parallèle, nous utilisons le générateur RKA pour étudier la physique de l’interaction d’un faisceau d’électrons (500 keV, de 3 à 30 kA, 100 ns) de basse fluences (quelques cal/cm2) avec un gaz, ceci en collaboration avec le laboratoire américain "Sandia National Laboratories". Le faisceau produit, très reproductible, est transporté dans de l’argon à une pression variable et il a été caractérisé finement dans ce travail de thèse. Les résultats des expériences seront comparés aux prévisions des codes de calculs CALDER (CEA-DAM) et EMPIRE (SNL) afin de valider ces derniers.