In laser fusion, the coupling and the propagation of the laser beams in the plasma surrounding the pellet must be well controlled for to succeed in producing a high energy level. To achieve thermonuclear ignition and high gain, the coupling efficiency must be as high as possible, the uniformity of the energy deposition must be very good and the fast electron generation must be minimized. This implies a deep understanding of the laser–plasma interaction mechanisms to keep the nonlinear processes at a low level. Important advances in laser–plasma interaction physics have been achieved thanks to the converging efforts of the experimental and theoretical approaches.Among the different studies of the last few years, we will report results on three themes which are important for future fusion experiments. The first concerns the ability of plasmas to induce temporal and spatial incoherence to the laser beams during their propagation. Beam smoothing, beam spraying and increased incoherence may in turn reduce the level of backscattering instabilities.In laser fusion, multiple beams are used to irradiate the target. The effect of the overlap of the laser beams on parametric instabilities may complicate the problem. Not only is there the interplay between instabilities driven by one beam, but also the interplay between instabilities driven by different beams. In the Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses (LULI) experiment, although the overall stimulated Brillouin scattering (SBS) reflectivity was reduced, a well-defined resonance of the amplitude of ion acoustic waves (IAWs) associated with SBS has been observed for waves propagating along the bisecting direction between two laser beams. Energy transfer between two identical laser beams has been observed and correlated with plasma induced incoherence.The nonlinear saturation of stimulated scattering instabilities is a fundamental ingredient of the understanding of the observed and future reflectivity levels. Using Thomson scattering, the decay of the primary IAWs associated with SBS in secondary IAWs has been observed and correlated with the saturation of SBS.The experiments were performed with the six-beam laser facility of the LULI at Ecole Polytechnique, using one or two 1.053 µm interaction beams in the nanosecond regime and a well-characterized preformed plasma. Multiple diagnostics, including Thomson scattering of a probe beam with spatial, temporal and spectral resolution, were used. The comparison between the experimental results and numerical simulations is used to improve the physics included in the codes.
レーザー核融合において、高エネルギー出力を実現するためには、ペレット周囲のプラズマ中でのレーザービームの結合と伝播を良好に制御しなければならない。熱核点火と高利得を達成するためには、結合効率を可能な限り高くし、エネルギー堆積の均一性を非常に良好にし、高速電子の生成を最小化しなければならない。これは、非線形過程を低いレベルに抑えるためのレーザー・プラズマ相互作用機構の深い理解を必要とする。実験的アプローチと理論的アプローチの相乗的な取り組みにより、レーザー・プラズマ相互作用物理学において重要な進歩が達成された。近年の研究の中でも、将来の核融合実験にとって重要な三つのテーマに関する成果を報告する。第一に、プラズマがレーザービームの伝播中に時間的・空間的非干渉性を誘起する能力に関するものである。ビーム平滑化、ビームの散乱、および非干渉性の増大は、後方散乱不安定性のレベルを低減し得る。第二に、核融合においては複数のレーザービームがターゲットを照射するため、ビーム間のオーバーラップがパラメトリック不安定性に及ぼす影響は、単一ビームの場合と比較して問題を複雑化する。単一ビームによって駆動される不安定性間の相互作用だけでなく、異なるビームによって駆動される不安定性間の相互作用も存在する。LULI（Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses）の実験では、全体のSBS反射率は低減されたものの、二つのレーザービーム間の二等分線方向に伝播するイオン音波（IAW）の振幅において、SBSに関連する明確な共鳴が観測された。同一の二レーザービーム間でのエネルギー移動が観測され、これはプラズマ誘起非干渉性と相関を示した。第三に、誘導散乱不安定性の非線形飽和は、観測される反射率レベルおよび将来の反射率レベルを理解するための基礎である。トムソン散乱を用いて、SBSに関連する一次IAWの二次IAWへの崩壊が観測され、これはSBSの飽和と相関を示した。実験は、エコール・ポリテクニークのLULI六ビームレーザー施設において、ナノ秒領域の1.053 µm相互作用ビームを一本または二本使用し、特性評価済みのプレフォームドプラズマを用いて実施された。空間的・時間的・スペクトル分解能を備えたプローブビームのトムソン散乱を含む複数の診断法が用いられた。実験結果と数値シミュレーションの比較は、コードに含まれる物理モデルの改善に役立てられている。