Chocs laser sur le diamant, l hélium et l hydrogène: une etude experimentale de la ''Warm Dense Matter.

The determination of the equations of state of helium, hydrogen and diamond at very high density is an important problem at the frontier between condensed matter physics and plasma physics (also called "Warm Dense Matter" domain) and with important implications in planetary physics for understanding the formation of giant and extrasolar planets. Due to the limitations of the conventional techniques (static or single shock compression) for reaching the relevant densities of most of the interior of Jupiter, data are really scarce. Combining a static and a dynamical approach offers a new set of possibilities to explore phase diagrams. In these experiments, accurate ! measurements are essential to be able to compare with the vari! ous theo ries. In this Ph'D work, a new metrology based on quartz as a reference material has been developed for this purpose. Precise pressure, temperature, density and reflectivity measurements can now be obtained. We will discuss results obtained on diamond (maximum on the melting curve), on helium (validation of Saumon-Chabrier model), on hydrogen (continuous transition between a non conducting and a conducting state) and on hydrogen/helium mixtures (no obvious sign of a phase transition).La connaissance de l'équation d'état de systèmes d'hélium, d'hydrogène et de diamant dans le domaine des hautes pressions et températures est un problème ouvert, très controversé et présentant des applications astrophysiques importantes. Les approches théoriques pour cet état de la matière à l'interface de la physique de la matière condensée et de la physique des plasmas, appelé dans la littérature Warm Dense Matter, ne sont pas encore entièrement satisfaisantes. Une des raisons est qu'il n'existe pratiquement pas de données expérimentales pour valider les approximations dans ce domaine du diagramme de phase. En effet les approches statiques ou dynamiques seules ne peuvent atteindre ces états. En 2002, une première démonstration de la possibilité du couplage des compressions statiques et dynamiques, par génération de chocs laser dans des presses à enclumes de diamant, a ouvert la voie de l'étude de l'équation d'état de la matière très dense et chaude. Dans ce travail de thèse, nous avons optimisé les cibles et développé une nouvelle métrologie basée sur le quartz comme système de référence dans le but de réduire au maximum les barres d'erreur. Des mesures précises de la pression, la température, la densité et la réflectivité peuvent ainsi être obtenues. Cette méthode a ensuite été appliquée à différents systèmes. De nombreux résultats ont alors été obtenus sur le diamant (existence d'un maximum sur le courbe de fusion), sur l'hélium (va! lidation du modèle de Saumon-Chabrier), sur l'hydrogène (passage continue entre un état isolant et un état conducteur) et sur les mélanges hydrogène/hélium (pas de signe évident de séparation de phase)

Chocs laser sur le diamant, l'hélium et l'hydrogène (une étude expérimentale de la Warm Dense Matter)

PALAISEAU-Polytechnique (914772301) / SudocSudocFranceF

Progress in warm dense matter study with applications to planetology

We present an overview of some recent theoretical and experimental results obtained on the properties of iron and silica at conditions encountered in planetary interiors. The first part is concerned with the development of x-ray absorption near edge spectroscopy in dynamical experiments using high-energy lasers as a tool to investigate phase transitions and structural changes at extreme pressure-temperature conditions for these two key constituents. The second part focuses on the development of a quasi-isentropic compression technique to achieve the pressure-temperature conditions anticipated in planetary interiors (3-10 Mbar, 5000-8000 K). The experiments were performed using the LULI, LLNL and LIL high-energy lasers' facilities. The experimental results are analyzed using first-principle simulations based on density functional theory