Les plasmas de laboratoire à haute densité d’énergie (HED) sont peut-être les états de la matière les plus extrêmes jamais produits sur Terre. Les plasmas normaux sont l’un des quatre états de base de la matière, avec les solides, les gaz et les liquides. Mais les plasmas HED ont des propriétés que l’on ne trouve pas dans les plasmas normaux dans des conditions ordinaires. Par exemple, la matière dans cet état peut se comporter simultanément comme un solide et un gaz. Dans cet état, les matériaux qui agissent normalement comme isolants pour les charges électriques deviennent à la place des métaux conducteurs. Pour créer et étudier des plasmas HED, les scientifiques compressent des matériaux sous forme solide ou liquide ou les bombardent de particules ou de photons à haute énergie.
La lumière infrarouge invisible du laser Trident de 200 000 milliards de watts pénètre par le bas pour interagir avec une cible en feuille d’un micromètre d’épaisseur au centre de la photo, générant un plasma à haute densité d’énergie. Crédit : Image reproduite avec l’aimable autorisation de Joseph Cowan et Kirk Flippo, Laboratoire national de Los Alamos
La capacité des scientifiques à créer et à contrôler des conditions extrêmes dans des laboratoires sur Terre nous aide à comprendre les trous noirs et d’autres événements dans l’univers. Cette recherche soutient également les efforts visant à faire de l’énergie de fusion une réalité sur Terre, en exploitant les processus qui se produisent au sein du Soleil pour produire de l’énergie ici. Les scientifiques travaillant avec les plasmas HED abordent les lois fondamentales de la nature. Mais ils travaillent aussi sur des applications pratiques ; la recherche sur les plasmas HED peut nous aider à comprendre comment fabriquer des isotopes radioactifs. Ces radio-isotopes ont de nombreuses applications pratiques. Par exemple, ils peuvent être utilisés pour créer des images de l’intérieur de notre corps pour comprendre les problèmes médicaux, ou dans l’industrie pour comprendre comment les matériaux s’usent avec l’utilisation.
Faits sur le plasma à haute densité énergétique
- Les plasmas à haute densité énergétique sont un état exotique de la matière trouvé dans des événements astrophysiques tels que la naissance d’étoiles et de naines brunes, dans des expériences de fusion en laboratoire et dans des explosions d’armes nucléaires.
- Les scientifiques génèrent des plasmas HED à l’aide de lasers de haute puissance de classe pétawatt, qui génèrent des niveaux de puissance instantanés équivalents à la sortie de l’ensemble du réseau électrique américain.
- Les plasmas HED sont créés dans le National Ignition Facility (NIF), qui est le laser le plus énergétique au monde avec 2 mégajoules (l’énergie consommée par 20 000 ampoules de 100 watts en une seconde) d’énergie lumineuse délivrée en 16 nanosecondes.
- Les applications permises par les plasmas HED sous la forme de sources de rayonnement compactes et peu coûteuses ont des applications dans la science, l’industrie et la médecine.
- L’utilisation des 192 lasers du NIF sur une cible d’isotopes d’hydrogène a été comparée au lancement d’une balle de baseball depuis le monticule du lanceur à Oracle Park de San Francisco dans la zone de frappe du Dodger Stadium de Los Angeles, à environ 400 miles de là.
Bureau des sciences du DOE : Contributions aux plasmas de laboratoire à haute densité d’énergie
Le ministère de l’Énergie soutient la recherche et le développement de HED car les applications associées répondent à plusieurs missions du DOE. Prise en charge de la HED plasma la recherche a pour origine le programme d’armes nucléaires des États-Unis. Suite à l’invention du laser, la recherche HED s’est étendue au-delà des armes nucléaires. Les États-Unis gèrent les activités HED dans le cadre de la National Nuclear Security Administration (NNSA) du DOE et du programme Fusion Energy Sciences du DOE Office of Science. L’Office of Science se concentre sur le développement de la base scientifique pour comprendre et produire des plasmas HED.
