Exails Laser Tech fait progresser la recherche sur l'énergie de fusion

L’humanité est sur le point d’exploiter une énergie propre illimitée, la technologie laser à haute énergie servant de catalyseur essentiel. Dans leur quête d’une fusion nucléaire contrôlée, les scientifiques repoussent continuellement les limites des capacités laser. Cet article explore les applications des installations laser à haute énergie dans la recherche sur la fusion par confinement inertiel et l'interaction lumière-matière, tout en soulignant les contributions technologiques d'Exail pour soutenir ces efforts de pointe.

Les lasers à haute énergie sont définis comme des systèmes laser pulsés capables de fournir des énergies de sortie de 100 millijoules ou plus. Grâce à l'amplification, ces systèmes peuvent atteindre des niveaux d'énergie atteignant des kilojoules, voire des mégajoules. Lorsqu'elles sont combinées à des durées d'impulsion à l'échelle de la nanoseconde, de telles énergies d'impulsion élevées se traduisent par une puissance optique de pointe extraordinaire : par exemple, 1 joule délivré en 10 nanosecondes produit une puissance de pointe de plusieurs centaines de mégawatts. La technologie laser à fibre représente actuellement l'approche la plus efficace pour les applications laser de haute puissance, bénéficiant d'un développement industriel important tiré par le secteur des télécommunications.

Dans la recherche sur la fusion par confinement inertiel (ICF), les lasers à haute énergie génèrent les températures et pressions extrêmes nécessaires pour comprimer et chauffer le combustible deutérium-tritium dans les conditions de fusion. Au-delà de la fusion, ces lasers jouent un rôle crucial dans l’étude des interactions lumière-matière en physique des plasmas et en physique des hautes densités d’énergie.

Pour les installations laser à grande échelle comme le LULI2000 en France, l'installation laser STFC au Royaume-Uni, ou les systèmes de classe mégajoule tels que le National Ignition Facility (NIF) aux États-Unis et le Laser Mégajoule (LMJ) en France, un contrôle temporel précis des impulsions laser représente une exigence fondamentale. La technologie de mise en forme des impulsions permet un contrôle précis de l’apport d’énergie laser, améliorant ainsi l’efficacité de la fusion et la fiabilité expérimentale.

Le système ModBox-FrontEnd d'Exail représente une avancée significative dans les performances de mise en forme des impulsions temporelles. Capable de générer des impulsions laser avec des profils temporels arbitraires tout en maintenant des taux de répétition élevés, cette solution intégrée offre un contraste et une stabilité supérieurs par rapport aux approches de modulation conventionnelles.

Les installations laser à l'échelle mégajoule mènent des expériences extraordinairement complexes en synchronisant avec précision des centaines de faisceaux laser sur des cibles à l'échelle millimétrique. Ces expériences génèrent d'intenses perturbations électromagnétiques et des environnements de rayonnement, notamment des rayons X pulsés, des neutrons de 14 MeV et des rayonnements gamma. Dans ces chambres expérimentales, tous les équipements, depuis les diagnostics laser et plasma jusqu'aux systèmes de contrôle, doivent fonctionner de manière fiable sous une exposition intense aux rayonnements.

La technologie fibre optique offre de multiples avantages dans ces environnements, notamment la robustesse inhérente et l’immunité aux interférences électromagnétiques. Les systèmes de fibres spécialisés servent d'instruments de mesure essentiels, permettant la collecte de données en temps réel, en particulier pour les applications de synchronisation et de mise en forme des impulsions laser.

Depuis plus d'une décennie, Exail est le fournisseur exclusif de fibres de diagnostic résistantes aux radiations pour des installations telles que NIF et LMJ. Ces fibres spécialisées maintiennent la qualité et la précision des données même dans les environnements de rayonnement les plus élevés à proximité des cibles expérimentales. Avant leur développement, de nombreuses expériences se déroulaient effectivement « à l’aveugle » en raison de l’incapacité de récupérer suffisamment d’informations sur la cible.

Le laboratoire commun LabH6, né d'une collaboration entre Exail et le Laboratoire Hubert Curien (CNRS/IOGS/Université de St-Etienne), se concentre sur le développement de technologies de fibre optique pour les environnements extrêmes. La recherche sur les effets des rayonnements sur les fibres de silice entraîne des améliorations continues des performances d'atténuation induite par les rayonnements (RIA), le principal facteur limitant la transmission de la lumière dans les fibres irradiées. Ces développements prolongent la durée de vie des fibres dans les applications à forte intensité de rayonnement tout en améliorant la fiabilité des données.