La cible

Prototype de cible de fusion. © CEA

Certaines cibles (une cible représentant l’ensemble container et microballon) seront utilisées pour les expériences de fusion par confinement inertiel. Les autres, de formes variées, sont destinées à étudier des phénomènes physiques et le comportement de matériaux dans des conditions extrêmes.
A chaque expérience, sa cible. Il en existe donc plusieurs types réalisés avec des géométries et des matériaux spécifiques. Les technologies nécessaires à leur développement et leur fabrication micro-technologies, nanotechnologies, physico-chimie des matériaux sont très complexes.

Pour réaliser les expériences de Fusion par confinement inertiel, les physiciens du CEA ont choisi une voie dite à attaque « indirecte ».

Le microballon contenant quelques centaines de microgrammes de deuterium et de tritium est placé dans un container. Des ouvertures permettent d’y faire pénétrer les faisceaux laser qui chauffent les parois internes. Celles-ci émettent un rayonnement X intense qui apporte l’énergie nécessaire au microballon pour le comprimer, le chauffer et déclencher les réactions de fusion. Ce microballon est une petite coquille de polymère d’une épaisseur de 200 micromètres, remplie avec un mélange de deuterium et de tritium. Ces deux isotopes de l’hydrogène se présentent sous forme de gaz aux conditions normales de température et de pression (température et pression ambiantes). © CEA

L’assemblage d’une cible consiste en une succession de micromanipulations précises permettant le montage par collage des éléments. L’objet assemblé est ensuite contrôlé. La métrologie finale est destinée à vérifier que la fabrication est conforme à la demande des physiciens et à déterminer les paramètres nécessaires au positionnement de la cible dans la chambre d’expériences.
Il faut ensuite placer la cible au centre de la chambre d’expériences avec une précision de 15 millièmes de millimètres tout en la maintenant à une température suffisamment basse pour que le mélange de deuterium et de tritium reste solide (-255°C).

Des défis technologiques

Micro-usinage du container en or. © CEA

Les cibles sont conçues par les équipes de physiciens et d’expérimentateurs du centre CEA/DAM Ile-de-France. La plupart des éléments de la cible sont fabriqués sur le centre CEA/DAM de Valduc, qui dispose d’un savoir-faire particulier allant de l’usinage de précision à la mise en forme de matériaux à petite échelle.

Le centre CEA/DAM du Ripault met en œuvre ses compétences dans le domaine des matériaux non métalliques en concevant et réalisant les polymères ainsi que des capsules de mousse et des aérogels utilisés pour certaines cibles.

Porte-cible cryogénique

Dans certaines expériences, en particulier celles de fusion, la cible sur laquelle les faisceaux laser seront focalisés doit être portée à très basse température. Pour placer cette cible cryogénique avec une grande précision au point de focalisation, la chambre d'expériences est équipée d’un dispositif d’insertion, le porte-cible cryogénique. Son développement a conduit à relever des défis dans les domaines de la mécanique et de la thermique.

Les technologies cryogéniques sont développées par le service des basses températures de la Direction des sciences de la matière du CEA (Institut nanosciences et cryogénie, INac)

Cryostat et bras robotisés pour le placement de la cible au centre de la chambre d'expériences. © CEA