Dissertations / Theses: 'Physique du plasma'

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Allegraud, Katia. "Décharge à Barrière Diélectrique de Surface: Physique et procédé." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2008. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00004783.

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Abstract:

La thèse porte sur le développement d'une décharge à barrière diélectrique de surface pour la dépollution de l'air. Il s'agit d'une thématique tout à fait d'actualité. En effet l'application des réglementations sur la qualité de l'air nécessite de nouvelles technologies. Parmi elles, la dépollution par plasma froid est un candidat on ne peut plus prometteur. Dans un tel contexte, il est nécessaire de savoir approcher le problème sous différents aspects: Le premier est bien sûr de comprendre la physique fondamentale de ce type de plasma. Cela requiert une démarche expérimentale adaptée aux échelles du phénomène. Ces décharges sont constituées de filaments de petites dimensions (quelques centaines de micromètres de diamètre, quelques centimètres de long) se propageant extrêmement vite, avec une durée de vie très courte (quelques dizaines de nanosecondes). Ces caractéristiques en font des objets difficiles à étudier. Les résultats ont montré des phénomènes d'autodéclenchement des filaments de plasma. Ce comportement tout à fait original est expliqué par l'effet mémoire de la surface diélectrique, qui peut retenir les charges sur des temps très longs (plusieurs minutes). Ces charges peuvent alors être photodésorbées et déclencher le départ de plusieurs streamers en un temps très court (40 ns). L'organisation et la propagation des filaments ont été étudiées par imagerie iCCD avec une résolution temporelle raffinée à la nanoseconde. Le deuxième aspect est d'identifier les qualités du système qui peuvent être exploitées du point de vue procédé: efficacité chimique, coût énergétique, géométrie du dispositif. L'identification de ces points a permis de déposer un brevet sur le système. Par la suite, un travail d'étude de marché a été réalisé grâce à l'encadrement d'étudiants de l'ISTIA (Institut des Sciences et Techniques de l'Ingénieur d'Angers) pour leur stage de M2.

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Manfredi, Giovanni. "Sur les modèles de Vlasov, Schrödinger et Wigner en physique des plasmas : redimensionnement et expansion dans le vide." Orléans, 1994. http://www.theses.fr/1994ORLE2027.

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Abstract:

Le modèle de Vlasov-Poirron est utilisé pour étudier l'expansion dans le vide d'un plasma à deux composantes. L'étude fait intervenir des techniques à la fois numériques (codes dits eulériens) et analytiques (transformation de redimensionnement). Selon la géométrie de l'expansion, on montre l'apparition de doubles couches chargées, ou bien la neutralisation du plasma. La validité des modèles hydrodynamiques est aussi discutée. L'expansion dans le vide est ensuite étudiée pour un plasma quantique (modèle de Schrödinger-Poisson), a une et deux espèces, pour différentes géométries. Nous analysons la manière dont ces systèmes approchent leur limite classique. Ces résultats sont étendus a des systèmes confines (gaz d'électrons dans un champ magnétique uniforme), pour lesquels nous avons développé un code pour la résolution des équations de Schrödinger-Poisson a deux dimensions spatiales. Un troisième modèle que nous abordons est celui de Wigner (représentation de la mécanique quantique dans l'espace des phases). Nous étudions quelques propriétés analytiques des fonctions de Wigner (définition d'une entropie, lissage par convolution). Ces concepts sont appliques à l'étude numérique d'un oscillateur quantique non linéaire

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Sarrat, Mathieu. "Physique des instabilités de type Weibel." Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0162/document.

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Abstract:

Les instabilités de type Weibel naissent si la distribution des vitesses du plasma présente une anisotropie. Elles entraînent la génération d’un champ magnétique dû à la formation de filaments de courant ainsi qu’une activité électrostatique importante. Ces phénomènes de base apparaissent dans de nombreuses situations, naturelles (vent solaire, jets relativistes) ou expérimentales (interaction laser-plasma) : les plasmas dans lesquels ils naissent peuvent être relativistes ou non, magnétisés ou non, collisionnels ou non, ce qui pose la question du choix du modèle à utiliser pour les décrire. La théorie cinétique est le cadre le plus complexe dans lequel nous travaillerons. De par sa complexité, il est intéressant de développer des modèles réduits. Un premier travail mené au cours de cette thèse est l’utilisation d’un modèle fluide incluant la dynamique du tenseur de pression pour modéliser la phase linéaire des instabilités de type Weibel. On discute le rôle essentiel joué par les composantes hors diagonale du tenseur dans la génération du champ magnétique, puis la capacité du modèle à reproduire quantitativement ou qualitativement les résultats cinétiques en introduisant la notion de limite hydrodynamique. La seconde partie de la thèse est ciblée sur le développement du code semi-lagrangien relativiste VLEM utilisant une méthode de décomposition de domaine : on présente les principales méthodes mathématiques utilisées dans le code, puis on aborde la problématique de la conservation de la charge à laquelle on apporte une réponse reposant sur une adaptation de la méthode d’Esirkepov. Le code est enfin validé grâce à plusieurs simulations d’instabilités de type Weibel
Weibel-type instabilities occurs when the velocity distribution function of the charged particles displays a pronounced anisotropy. A long-lasting magnetic field is generated due to the formation of current filaments, and it is accompanied by an important electrostatic activity. These ``basic’’ phenomena have been greatly investigated because of their involvement in many physical problems, natural (solar wind, relativistic jets) or experimental (laser-plasma interaction) : they occurs in plasmas which can be collisional or not, magnetised or not, relativistic or not. One needs to choose a suitable model for their description. The kinetic theory is the most complete and somewhat complex theoretical framework which we will consider. Due to its complexity, it may be interesting to develop reduced models. The first work realised during this thesis is the utilisation of a non-relativistic fluid description, including the dynamics of the pressure tensor, in order to model the linear Weibel-type instabilities. We put in evidence the effect of the non-diagonal components of the tensor on the magnetic field generation. We discuss the ability of the model to reproduce quantitatively or qualitatively the kinetic results by introducing the hydrodynamics limit. The second part of this thesis work is dedicated to the development of the relativistic semi-lagrangian code VLEM, using a domain decomposition scheme : we present the main mathematical tools used in the code, then we deal with the problem of the charge conservation and propose a solution for VLEM, based on an adaptation of the Esirkepov method. Finally, we validate the code through simulations of Weibel-type

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Popelier, Lara. "Développement du propulseur PEGASES : source inductive à haute performance et accélération successive de faisceaux d'ions positifs et d'ions négatifs." Phd thesis, Palaiseau, Ecole polytechnique, 2012. https://theses.hal.science/docs/00/79/30/98/PDF/thesis.pdf.

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Abstract:

PEGASES est un nouveau propulseur conçu et développé au LPP. Un propulseur électrique classique éjecte de la matière positive à grande vitesse depuis un plasma électropositif pour générer la poussée. La nouveauté introduite par PEGASES est le fait que la poussée est générée par l'accélération successive d'ions positifs et d'ions négatifs issus d'un plasma ion-ion continu. Le propulseur PEGASES est composé de trois étages: (i) un étage d'ionisation constitué d'une source radiofréquence (rf) pour le couplage inductif d'un plasma électronégatif à partir d'un gaz contenant des halogènes, (ii) un étage de filtrage magnétique des électrons pour obtenir un plasma ion-ion, et (iii) l'étage d'accélération des ions utilisant des grilles polarisées alternativement pour créer un champ électrique dont le sens varie dans le temps. Durant ma thèse, j'ai travaillé essentiellement sur les premier et troisième étages sur deux prototypes de PEGASES. Un plasma ion-ion a été obtenu dans le premier prototype à partir de SF6 grâce à un filtrage magnétique important. Mais des limitations inhérentes et significatives rendent les performances insuffisantes pour le processus d'accélération voulu. Afin d'obtenir une source d'ions électriquement performante, le second prototype utilise une source inductive plane avec une bobine à noyau de ferrite et une boîte d'accord d'impédance comportant un transformateur à faibles pertes. Le couplage capacitif parasite a été réduit en optimisant la boîte d'accord et les progrès sont évalués grâce à la mesure du spectre du potentiel plasma par sonde capacitive. Le plasma est étudié à l'aide de sondes de Langmuir et d'un analyseur de l'énergie des ions (RFEA) dans les deux prototypes. Le potentiel d'un plasma ion-ion peut être contrôlé par une électrode polarisée en contact avec le plasma. L'accélération des ions issus du plasma ion-ion est étudiée dans le cas continu où la polarisation des grilles est fixée puis en imposant une tension créneau d'amplitude comprise entre 0 et ± 350 V avec une fréquence de 1 kHz. Dans le cas alternatif, les ions positifs et les ions négatifs sont accélérés durant les demi-périodes de polarisation positive et négative respectivement. L'énergie respective des deux populations d'ions peut être contrôlée indépendamment, en continu et en alternatif. Avec ces résultats est démontrée la faisabilité du concept PEGASES et l'étude du propulseur peut passer à l'étape de développement et réalisation
The PEGASES thruster is a new plasma thruster developed at LPP. In a classical electric thruster, thrust is produced by positive ions accelerated from an electropositive plasma. The novelty introduced by PEGASES is that thrust is provided by successive acceleration of positive and negative ions from a continuous dual ion source. The PEGASES thruster can be divided into three stages: (i) the ionization stage consisting in an inductively coupled plasma source to generate an electronegative plasma from halogen-contained gases, (ii) the magnetic electron filtering stage to obtain an ion-ion plasma, and (iii) the extraction and acceleration stage using alternately biased grids to create an accelerating electrostatic field with time-varying direction in order to accelerate both positive and negative ions. During this thesis I worked mainly experimentally on the first and third stages of two PEGASES prototypes. An ion-ion plasma was obtained in the first prototype using SF6 and a strong magnetic filter. But the first prototype had some inherent limitations. We therefore moved to a planar ICP source for the second prototype, using a transformer coupled matching network and a ferrite core to obtain an enhanced efficiency. The quest for power transfer efficiency led to use a low-loss step-down transformer. A reduction in the stray capacitive coupling was obtained by improving the impedance matching network and investigated via plasma potential oscillations measurement. I used Langmuir Probes and a Retarding Field Energy Analyser (RFEA) to investigate the plasma in the two prototypes. I showed that the potential of an ion-ion plasma could be controlled with a biased electrode in contact with the plasma. Then I investigated the ion acceleration from the ion-ion plasma with continuous grid bias and with square voltage waveforms at 1 kHz and acceleration voltages in the 0 - ± 350 V range. I showed that the positive and negative ions are accelerated in the positive and negative bias half-periods, respectively, and that the respective beam energies can be controlled independently. With these results is provided the first proof-of-concept, and PEGASES is moving from concept towards realization

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Popelier, Lara. "Développement du propulseur PEGASES : source inductive à haute performance et accélération successive de faisceaux d'ions positifs et d'ions négatifs." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00793098.

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Abstract:

PEGASES est un nouveau propulseur conçu et développé au LPP. Un propulseur électrique classique éjecte de la matière positive à grande vitesse depuis un plasma électropositif pour générer la poussée. La nouveauté introduite par PEGASES est le fait que la poussée est générée par l'accélération successive d'ions positifs et d'ions négatifs issus d'un plasma ion-ion continu. Le propulseur PEGASES est composé de trois étages: (i) un étage d'ionisation constitué d'une source radiofréquence (rf) pour le couplage inductif d'un plasma électronégatif à partir d'un gaz contenant des halogènes, (ii) un étage de filtrage magnétique des électrons pour obtenir un plasma ion-ion, et (iii) l'étage d'accélération des ions utilisant des grilles polarisées alternativement pour créer un champ électrique dont le sens varie dans le temps. Durant ma thèse, j'ai travaillé essentiellement sur les premier et troisième étages sur deux prototypes de PEGASES. Un plasma ion-ion a été obtenu dans le premier prototype à partir de SF6 grâce à un filtrage magnétique important. Mais des limitations inhérentes et significatives rendent les performances insuffisantes pour le processus d'accélération voulu. Afin d'obtenir une source d'ions électriquement performante, le second prototype utilise une source inductive plane avec une bobine à noyau de ferrite et une boîte d'accord d'impédance comportant un transformateur à faibles pertes. Le couplage capacitif parasite a été réduit en optimisant la boîte d'accord et les progrès sont évalués grâce à la mesure du spectre du potentiel plasma par sonde capacitive. Le plasma est étudié à l'aide de sondes de Langmuir et d'un analyseur de l'énergie des ions (RFEA) dans les deux prototypes. Le potentiel d'un plasma ion-ion peut être contrôlé par une électrode polarisée en contact avec le plasma. L'accélération des ions issus du plasma ion-ion est étudiée dans le cas continu où la polarisation des grilles est fixée puis en imposant une tension créneau d'amplitude comprise entre 0 et ± 350 V avec une fréquence de 1 kHz. Dans le cas alternatif, les ions positifs et les ions négatifs sont accélérés durant les demi-périodes de polarisation positive et négative respectivement. L'énergie respective des deux populations d'ions peut être contrôlée indépendamment, en continu et en alternatif. Avec ces résultats est démontrée la faisabilité du concept PEGASES et l'étude du propulseur peut passer à l'étape de développement et réalisation.

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Duthoit, François-Xavier. "Physique néoclassique pour la génération de courant dans les plasmas de tokamaks." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00708795.

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Abstract:

Le formalisme de la transformation de Lie est appliqué à la dynamique des particules chargées dans la topologie magnétique d'un tokamak, afin de construire un opérateur de type Fokker-Planck pour les collisions coulombiennes utilisable pour la génération de courant. Cette approche permet de réduire le problème à trois dimensions (deux dans l'espace des vitesses, une dans l'espace des configurations) tout en gardant la richesse des effets croisés entre les es- paces résultant de la conservation du moment canonique toroïdal (axisymétrie). Cette approche cinétique permet de d'écrire des phénomènes physiques liés à la présence de forts gradients de pression dans des plasmas de forme quelconque, comme le courant " bootstrap " dont le rôle sera primordial pour le futur réacteur ITER. Le choix des coordonnées et la méthode utilisée sont particulièrement adaptés à la résolution numérique de l'équation de dérive cinétique permettant de calculer la distribution des particules, celle-ci pouvant présenter un fort écart à la maxwellienne sous l'effet d'un champ électrique (statique ou produit par une onde radio- fréquence). Les travaux dédiés principalement à la physique des plasmas de tokamak ont été étendus à ceux des plasmas de l'espace relevant d'une configuration magnétique dipolaire.

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Kabacinski, Adeline. "Physique et application d'une source cohérente femtoseconde à 32.8 nm par interaction laser-plasma." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2022. http://www.theses.fr/2022IPPAE018.

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Abstract:

Les lasers XUV collisionnels en régime d’ionisation par le champ sont obtenus en focalisant une impulsion laser pompe infrarouge ultra-intense dans une cible gazeuse, ce qui génère une colonne de plasma en situation d'inversion de population. Dans cette thèse, on s’intéresse à l’émission de la transition 3d^{9}4d -> 3d^{9}4p du krypton IX nickelloïde à 32,8 nm. L’injection de ce plasma amplificateur par une source harmonique externe améliore considérablement les propriétés spatiales du rayonnement tout en tirant profit des qualités énergétiques de l’amplificateur.Grâce à l'implémentation d'un canal plasma permettant le guidage de l'impulsion pompe, de récentes recherches ont permis de travailler à des densités électroniques proches de 10^20 cm^-3. Ces conditions sont extrêmement favorables puisque les plus fréquentes collisions électrons-ions favorisent l'inversion de population, ce qui mène à des gains accrus. Dans le même temps, ces collisions provoquent une surionisation de l'ion lasant et donc une interruption anticipée du gain. Des simulations ont montré que cette diminution conséquente de la durée de vie du gain se répercutait sur la durée d'impulsion à 32,8 nm. Dans le cadre de cette thèse, le développement d'un diagnostic mono-tir de mesure du profil temporel de l'impulsion a permis de démontrer expérimentalement ce résultat : limitées à la picoseconde à basses densités, des durées de 520 fs RMS, en accord avec des simulations Maxwell-Bloch, ont ainsi pu être mesurées à 8x10^19 cm^-3.Cette thèse a également permis de dépasser une autre limite : la dispersion naturelle du plasma qui provoque intrinsèquement une désynchronisation entre l'harmonique XUV injectée et la zone de gain. La compensation de ce phénomène, indispensable à haute densité, a été réalisée grâce à l'introduction de couplages spatio-temporels dans le faisceau pompe et a permis une amélioration significative des performances de la source avec notamment une meilleure extraction de l'énergie. Il a également été démontré que la durée d'impulsion pouvait être maintenue constante au cours de la propagation à des valeurs aussi faibles que 350 fs RMS.L'ensemble de ce travail offre des perspectives pour bon nombre d'applications, telle que la génération de seconde harmonique dans l'XUV également explorée dans ce manuscrit
Collisionally-pumped plasma-based soft X-ray lasers in optical field ionization regime are obtained by focusing an ultra-intense infrared laser pump pulse into a gas target. The interaction generates a plasma column in population inversion. In this thesis, we are interested in the 3d^{9}4d -> 3d^{9}4p transition of nickel-like krypton ion at 32,8 nm. The seeding of this amplifying medium by an external harmonic source considerably improves the spatial properties of the radiation while taking advantage of the energetic qualities of the amplifier.Thanks to the implementation of a plasma channel to guide the pump beam, recent research has made it possible to operate at electron densities close to 10^20 cm^-3. These conditions are extremely beneficial since the more frequent collisions favor population inversion and lead to increased gains. At the same time, these collisions cause an overionization of the lasing ion and thus an early interruption of the gain. Simulations have shown a consequent decrease of the soft X-ray laser pulse duration at high densities. Within the framework of this thesis, the development of a single-shot diagnostic to measure the temporal profile of the pulse allowed to demonstrate this result experimentally : limited to the picosecond at low densities, durations of 520 fs RMS, in agreement with Maxwell-Bloch simulations, have been measured at 8x10^19 cm^-3.This thesis also enabled to overcome the natural dispersion of the plasma which intrinsically causes a desynchronization between the harmonics and the gain region. The compensation of plasma dispersion, essential at high densities, has been achieved by harnessing spatio-temporal couplings and has allowed a significant improvement of the source performance with notably a better energy extraction. It was also demonstrated that the pulse duration could be kept constant along propagation at values as low as 350 fs RMS.All these improvements offer perspectives for many applications such as second harmonic generation in the soft X-rays, also explored in this manuscript

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Gilbert, Jean Charles. "Sur quelques problèmes d'identification et d'optimisation rencontrés en physique des plasmas." Paris 6, 1986. http://www.theses.fr/1986PA066208.

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Abstract:

Identification paramétrique de la densité de courant dans le plasma d'un tokamak. Equilibre d'un plasma dans une enceinte à vide avec diaphragme. Méthode à métrique variable réduite en optimisation avec contraintes d’égalité non linéaires. Méthode de quasi-Newton réduite en optimisation sous contraintes avec priorité à la restauration.

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Ghizzo, Alain. "Apport des codes euleriens à la simulation numérique en physique des plasmas : Application à l'étude des structures de Bernstein - Greene - Kruskal." Nancy 1, 1987. http://www.theses.fr/1987NAN10043.

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Abstract:

On résout le système Vlasov-Poisson décrivant les plasmas non linéaires, par intégration directe dans l'espace des phases, au moyen de simulations numériques à partir de deux codes eulériens différents. Une propriété bien connue d'un plasma électronique sans collision est sa capacité à engendrer des équilibres de Bernstein-Greene-Kruskal qui forment des structures spatialement périodiques, présentant des vorticités dans l'espace des phases. Les résultats numériques indiquent que l'évolution de ces vorticités conduit à la fusion jusqu'à ce qu'un seul trou persiste et demeure stable

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Borot, Antonin. "Génération d'impulsions attosecondes sur miroir plasma à très haute cadence." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00787912.

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Abstract:

La focalisation d'un laser intense sur une surface solide entraine l'ionisation presque complète du milieu, donnant lieu à la formation d'un plasma de densité plusieurs centaines de fois supérieure à la densité critique. La dynamique collective des électrons du plasma est alors dictée par l'action du champ laser, et peut donner lieu à l'émission d'un train d'impulsions XUV de durée attoseconde. Les motivations de ce travail de thèse sont les suivantes : démontrer que l'on peut, en contrôlant tir à tir la forme exacte du champ électrique du laser, guider de façon reproductible la dynamique des électrons du plasma avec une précision attoseconde, et par conséquent la structure temporelle du train d'impulsions attosecondes généré. Pour réaliser cette expérience, nous avons tout d'abord mis en place un dispositif expérimental d'interaction laser-solide au kHz, dimensionné pour assurer des conditions d'interaction parfaitement reproductible tir à tir. Une fois ce dispositif éprouvé et les premières harmoniques détectées, nous avons ensuite démontré, en observant le spectre de l'émission XUV, le contrôle attoseconde de la dynamique des électrons du plasma en utilisant la source laser de deux cycles optiques stabilisée en phase. Enfin, nous avons observé expérimentalement, par la technique du phare attoseconde, le contrôle spatio-temporel par le champ laser du train d'impulsions attosecondes, donnant notamment lieu à la génération d'un groupe d'impulsions attosecondes isolées spatialement.

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Hornung, Grégoire. "étude de la turbulence plasma par réflectométrie à balayage ultra rapide sur le tokamak tore supra." Phd thesis, Aix-Marseille Université, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01052756.

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Abstract:

Plasma turbulence limits the performance of fusion reactors. Measuring and character- izing the turbulence properties is therefore a crucial issue in order to understand such phenomena. The goal of this thesis is to study the properties of plasma turbulence from ultrafast sweeping reflectometry measurements performed on the Tore Supra Tokamak. Reflectometry is a radar technique that is used to measure the electron density and its fluctuations. In the first part, we compare Langmuir probe and reflectometer data and discuss the possibility to characterize turbulence properties from the reconstructed fluctuating density profiles. Then, we show that the radial variation of the time and spatial scales of the turbulence as well as its radial velocity can be estimated from a cross-correlation analysis applied to the raw reflectometer signals. The modifications of the turbulence properties observed during a parametric scan are interpreted in the light of TEM and ITG turbulence. Finally, we show that the additional heating leads to a significant increase of the radial velocity in the plasma close to the tokamak wall.

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Giorgi, Pierre-Antoine. "Analyse mathématique de modèles cinétiques en physique des plasmas." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0609.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l'étude de quelques modèles cinétiques utilisés en physique des plasmas.Le premier modèle considéré est un système de Vlasov-Poisson 1D à deux espèces de particules (ions et électrons), dans un domaine d'espace borné, x∈(0,1), avec condition de réflexion directe au bord. Dans le cas linéaire, des caractéristiques généralisées sont définies, en s'assurant qu'on atteint le temps s=0 en un nombre fini de rebonds, le cas problématique étant celui où le champ électrique est sortant du domaine. Puis, pour des données initiales paires en vitesse, une solution globale continue est construite à l'aide des caractéristiques généralisées et d'un argument de point fixe. L'unicité locale d'une solution continue est démontrée, dans un cadre où il ne peut arriver deux rebonds successifs sur le même bord. Le second modèle étudié a été obtenu comme limite d'un système de Vlasov-Poisson à une espèce de particules en régime de rayon de Larmor fini. Pour des solutions vérifiant une condition de décroissance, une estimation de stabilité au sens de Wasserstein est prouvée, et une nouvelle preuve de l'existence de telles solutions est donnée. Le champ d'advection est alors lipschitzien. Enfin, des simulations numériques pour un système de Vlasov-Poisson à une dimension d'espace et de vitesse soumis à une onde extérieure sont réalisées pour étudier la réponse électronique. Un phénomène de battement entre deux ondes, l'une à la fréquence extérieure, l'autre à la fréquence de Landau, est mis en évidence
This thesis deals with the study of some kinetic models encountered in plasma physics.The first model considered is a 1D Vlasov-Poisson system representing the dynamics of two species of particles (ions and electrons) in a bounded set, x ∈ (0,1), with direct reflection boundary conditions. In the linear case, generalized characteristics are defined, ensuring the time s=0 to be reached after a finite number of bounces, the problematic case being when the electric field points outward of the boundary. Then, for initial conditions even in the velocity variable, a global continuous solution is built by means of generalized characteristics and a fixed point argument. Local uniqueness of a continuous solution is shown, in a frame where two successive bounces at the same boundary cannot occur. The second model was obtained as the limit of a Vlasov-Poisson system in the finite Larmor radius regime.For solutions satisfying a decay assumption, a Wasserstein stability estimate is proven, and a new proof of the existence of such solutions is given. The advection field is then Lipschitz continuous. Finally, numerical simulations are performed to investigate the kinetic response of electrons to an external drive. A beating between two waves, one at the external frequency, the other at the Landau frequency, is revealed

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Thomas, Chapman. "Autoresonance in Stimulated Raman Scattering." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00674111.

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Abstract:

La diffusion Raman Stimulée (DRS) est étudiée dans le contexte des plasmas qui sont pertinents pour la Fusion par Confinement Inertielle (FCI). Dans un plasma inhomogène le processus d'auto-résonance de l'onde Langmuir, générée par DRS, peut se produire dans le régime cinétique (k_L*lambda_D>0.25) et conduire à des amplitudes au delà du niveau de l'amplification attendue due à l'inhomogénéité selon Rosenbluth [M. N. Rosenbluth, Phys. Rev. Lett. 29, 565 (1972)]. On démontre que des effets cinétiques faibles, comme le piégeage d'électrons donnent lieu à un décalage de fréquence non-linéaire (dépendant de l'amplitude), et peuvent compenser le déphasage de la résonance de DRS des trois ondes, observé dans les plasmas inhomogènes. Un modèle analytique du processus d'auto-résonance décrivant à la fois la croissance, la saturation et la phase des ondes de Langmuir a été développé. Ce modèle est en excellent accord avec les résultats des simulations cinétiques (particle-in-cell) pour des paramètres proches des conditions des plasmas des expériences de la fusion laser (Laser Mégajoule, National Ignition Facility). Une application possible de l'autorésonance est proposée sous la forme d'un amplificateur de Raman.

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Neuilly, François. "Caractérisations optique et électrique d'un plasma de chlore haute densité et effets des interactions plasma/surface en gravure silicium." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2000. http://www.theses.fr/2000GRE10118.

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Abstract:

Dans ce travail, nous avons etudie les plasmas inductifs en chimie chloree, leurs interactions avec la surface du reacteur et l'impact de celles-ci lors de la gravure avancee en micro-electronique. Nous avons utilise principalement deux diagnostics plasma in-situ et non perturbants : la sonde electrostatique et la spectrometrie d'absorption u. V. La sonde electrostatique plane permet de mesurer le flux ionique sur les parois du reacteur. Grace a un couplage capacitif, elle est tolerante aux depots sur sa surface. Elle fonctionne aussi avec les plasmas electronegatifs, mais a fortes pressions, les inhomogeneites de ces plasmas font que le flux ionique localise sur les parois peut differe du flux ionique sur les plaques gravees. Avec l'absorption u. V. , la concentration absolue de cl 2 a ete mesuree et le taux de dissociation en a ete deduit. En se basant sur le modele global de lieberman qui suppose la temperature electronique independante de la puissance source injectee, un modele theorique a ete elabore pour calculer le taux de dissociation. La dissociation de cl 2 depend principalement de la puissance source injectee mais n'atteint jamais 100% a cause des recombinaisons rapide et diminue lorsque la pression augmente. Les concentrations des produits de gravure sicl, sicl 2 et alcl ont egalement ete determinees. Couplees aux mesures de flux ionique, ils apparait que ces produits sont produits directement par la gravure ionique. L'addition de cf 4 dans un plasma de chlore provoque une baisse progressive des concentrations des produits chlores jusqu'a un etat stationnaire. Le retour a des plasmas en chlore pur provoque une hausse egalement progressive des concentrations de produits chlore. Le changement de chimie perturbe l'etat des surfaces du reacteur ce qui modifie la composition chimique et le flux ionique des plasmas. L'historique du reacteur a une grande importance sur les derives des procedes.

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Chopineau, Ludovic. "Physique attoseconde relativiste sur miroirs plasmas." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS132/document.

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Abstract:

Lors de la réflexion d’un laser femtoseconde ultra-intense [Iʟ > 10¹⁶ W/cm²] sur une cible solide, celle-ci est ionisée dès les premiers cycles de l’impulsion. Un plasma se détend alors vers le vide avec un profil exponentiel de longueur caractéristique Lg. Pour de faibles longueurs de gradient Lg < λʟ, le gradient plasma est considéré comme raide, il réfléchit spéculairement l’impulsion incidente : c’est un miroir plasma. De tels plasmas, réfléchissant pour la lumière, sont aujourd’hui exploités dans différentes applications scientifiques, comme l’accélération de particules par laser ou encore la génération d’harmoniques d’ordre élevé, associées dans le domaine temporel à un train d’impulsions attosecondes. Néanmoins, pour favoriser ces émissions de lumière ou de particules, le transfert d’énergie entre l’impulsion laser incidente et le plasma est essentiel. L’objectif de cette thèse est de mieux comprendre ces interactions à l’aide de la caractérisation de ces deux observables physiques qui en sont issues : les émissions d’électrons relativistes et d’harmoniques d’ordre élevé. Tout d’abord, nous reportons dans ce manuscrit la première étude expérimentale et numérique détaillée des mécanismes de couplage laser-plasma dense impliqués en régime relativiste [Iʟ > 10¹⁸ W/cm²] en fonction notamment de la longueur caractéristique de gradient Lg. Cette étude a notamment permis d’identifier deux régimes distincts en fonction des conditions d’interaction, éclaircissant ainsi la physique régissant ces systèmes. Par ailleurs, au delà de cet aspect fondamental, le contrôle de ces sources est également essentiel pour de futures expériences. Pour cela, différentes approches permettant de mettre en forme spatialement et temporellement ces impulsions de lumière ultra-brèves ont été étudiées au cours de ce doctorat, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour l’utilisation de ces sources. En particulier, nous démontrons qu’il est possible d’introduire un moment angulaire orbital aux impulsions XUV attosecondes via la mise en forme spatiale du faisceau IR femtoseconde incident ou bien de plasma dense créé à la surface de la cible mais également de contrôler la dynamique des électrons de surface du plasma à l’échelle attoseconde à l’aide d’un champ incident à deux couleurs. Finalement, une méthode novatrice basée sur des mesures de ptychographie dynamique a été développée afin de caractériser spatio-temporellement ces impulsions de lumière ultra-brèves, constituant un enjeu majeur pour la communauté
When an ultra-intense femtosecond laser beam [Iʟ > 10¹⁶ W/cm²] is focused on a solid target, the surface becomes completely ionized during the first optical cycles of the laser pulse. Due to their solid-like density and to their limited expansion into the vacuum such plasmas specularly reflect these pulses, just like ordinary mirrors do for low intensity. These plasmas are now used in many scientific applications like particle acceleration by laser light as well as high-order harmonic generation, associated to a train of attosecond pulses in the time domain. Nevertheless, to favor these emissions of light or particle, the energy transfert between the incident field and the dense plasma is crucial. The aim of this thesis is to better understand these interactions through the characterization of high-order harmonics and relativistic electron beams generated on plasma mirrors. We reported in this manuscript the first detailed experimental and numerical study of the coupling mechanisms involved between an ultra-intense laser light [Iʟ > 10¹⁸ W/cm²] and a dense plasma, and more specifically as a function of the gradient scale length Lg. These results enabled to identify two different regimes, clarifying some physical issues. Furthermore, beyond these fondamental aspects, the control of these sources is essential, particularly for futures pump-probe experiments or new spectroscopies. For that, several approaches have been studied to temporally and spatially shape these ultra-short light pulses, thus opening up new perspectives for these sources. We demonstrate in particular the generation of intense XUV vortex beam either by spatially shaping the incident IR field or the dense plasma created at the target surface as well as controlling the electron dynamics on the attosecond time scale with relativistic two-color waveforms. Finally, an innovative method based on in-situ ptychographic measurements has been developed to simultaneously characterize in time and space these ultrashort XUV light pulses, constituting one of the major challenges of the community

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Lagrange, Jean-François. "Etude spectroscopique et imagerie rapide d'une plume d'ablation laser obtenue à partir de cibles céramiques d'oxydes complexes (CaCu3Ti4O12 et BaxSr1-xTiO3)." Phd thesis, Université François Rabelais - Tours, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00951389.

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Abstract:

Nous présentons dans ce mémoire les résultats concernant la caractérisation spectroscopique spatiotemporelle de plasmas d'ablation laser obtenus à partir de cibles de céramiques d'oxydes complexes (CCTO et BSTO). Nos mesures montrent que les différentes espèces constituant le plasma évoluent de façons similaires quelque soit leur degré d'ionisation et ceci pour l'ensemble des conditions de pression et de fluence explorées. Nous montrons aussi que dans les premiers instants suivant l'impact laser, le plasma est fortement non-uniforme et se propage selon une seule dimension, il s'uniformise par la suite et s'expanse alors dans les trois dimensions. Une collaboration avec le laboratoire LP3 (Université de Marseille) nous a permis d'estimer les paramètres caractéristiques du plasma (température, densité électronique, épaisseur) à partir de la confrontation entre nos spectres expérimentaux et les résultats de la simulation de la radiance spectrale du plasma. A partir de cette confrontation, nous confirmons qu'il existe une forte corrélation entre l'inhomogénéité du plasma et son type d'expansion. Grâce à l'analyse spectrale il a été possible d'identifier et de quantifier des polluants présents dans les cibles, nous avons pu ainsi estimer des concentrations minimales pouvant atteindre la dizaine de ppm selon le type de polluant.

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Brisset, Alexandra. "Physique des décharges nanosecondes diffuses générées sous champs électriques extrêmes." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS456.

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Abstract:

Les plasmas non-thermiques à haute pression sont très étudiés pour comprendre en détails les mécanismes de développement des décharges qui les créent et les processus cinétiques induits. Ils activent une chimie hors-équilibre spécifique très intéressante pour de nombreuses applications. De fortes concentrations d'espèces très réactives sont ainsi générées avec un coup énergétique relativement faible. A pression atmosphérique, la décharge est généralement filamentaire et instable. Ces dernières années, des études ont mis en évidence de nouveaux types de décharges stables et diffuses, au sens de l'extension spatiale de la décharge qui peut s'étendre sur des échelles centimétriques. Ces décharges sont très intéressantes car elles combinent à la fois un important volume plasmagène, et des champs électriques très élevés. Cependant, la physique de ces décharges est mal connue.Les travaux menés dans cette thèse aborderont tout d'abord des mécanismes physiques de déclenchement de la décharge. Différents régimes de décharge seront présentés par des mesures d’imagerie rapide et par l'étude des signaux électriques. En particulier ils détermineront l'influence de la tension sur les vitesses de propagation et les profils d'intensité lumineuse. Nous mesurerons ensuite la distribution spatio-temporelle du champ électrique et étudierons ces spécificités. Puis nous étudierons comment l'énergie injectée participe à la réactivité chimique de la décharge. Notamment, la température et les densités absolues d’espèces réactives majoritaires (O, O3, N2(B,C)) sont mesurées. Enfin, nous nous intéresserons aux mécanismes de relaxation énergétique en post-décharge. De nombreux diagnostics, souvent complémentaires, permettront de lier la succession des processus physico-chimiques au cours du développement temporel de la décharge depuis son déclenchement jusqu'à sa relaxation complète
Non-thermal high-pressure plasmas are extensively studied to understand in detail the development mechanisms of the discharges that create them and the kinetic processes induced. They activate a specific non-equilibrium chemistry that is very interesting for many applications. High concentrations of highly reactive species are thus generated with a relatively low energy consumption. At atmospheric pressure, the discharge is generally filamentary and unstable. In recent years, studies have identified new types of stable and diffuse discharges, in the sense of the spatial extension which can extend over centimetre scales. These discharges are very interesting because they combine both a large plasma volume and very high electric fields. However, the physics of these discharges is not well known.The work carried out in this thesis will addressfirst of all, physical mechanisms of triggering of the discharge. Different discharge regimes will be presented through rapid imaging measurements and the study of electrical signals. In particular, they will determine the influence of voltage on propagation rates and light intensity profiles. We will then measure the spatial and temporal distribution of the electric field and study its specificities. Then we will study how the injected energy contributes to the chemical reactivity of the discharge. In particular, the temperature and absolute densities of the majority of reactive species (O, O3, N2(B,C)) are measured. Finally, we will look at the mechanisms of energetic relaxation in post-discharge. Many diagnostics, often complementary, will make it possible to link the succession of physico-chemical processes during the temporal development of the discharge from its initiation to its complete relaxation

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MSIKA, LAURENT. "Etude spectroscopique d'un plasma dense faiblement non-ideal cree dans un lanceur electrothermique." Paris 6, 1995. http://www.theses.fr/1995PA066676.

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Abstract:

Dans un lanceur electrothermique, on cree, par decharge d'un banc de condensateurs, un arc electrique de tres forte puissance (1,3 gigawatts) sous tres haute pression (500 mpa). Des mesures spectroscopiques du rayonnement du plasma genere ont ete effectuees. Les spectres du plasma sont analyses par un systeme de detection optique multicanal (oma 4000) couple a un detecteur bidimensionnel (matrice ccd). Ce detecteur bidimensionnel permet de travailler de la meme facon qu'une camera a balayage de fente, afin d'obtenir une resolution temporelle de l'emission du plasma. Des techniques de diagnostics spectroscopiques du plasma ont permis la determination de la temperature et de la densite electronique de ce dernier. La finalite de ces mesures est la validation des modeles de resistivite du plasma, qui seront utilises dans les codes de simulation od et 2d du fonctionnement d'un lanceur electrothermique

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Meige, Albert. "Simulations numériques de plasmas basse pression : applications aux doubles couches." Toulouse 3, 2006. http://www.theses.fr/2006TOU30203.

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Abstract:

Un modèle particle-in-cell / Monte Carlo collisions (pic/mcc) unidimensionnel est utilsé pour simuler un plasma inductif. Un champ électrique radiofréquence (rf) est utilisé pour modéliser le chauffage inductif. L’amplitude du champ est non-uniforme et sa direction perpendiculaire à celle du déplacement des électrons. Ce modèle de plasma inductif permet de confirmer de récents résultats expérimentaux démontrant la possibilité de former des doubles couches électriques au sein de plasmas sans courant. Les doubles couches étudiées par le passé, aussi bien numériquement qu’expérimentalement, ont toujours été imposées par différence de potentiel ou en forçant un courant électrique dans le plasma. C’est en ce sens que les résultats présentés ici diffèrent de ceux précédemment reportés. La simulation prédit la formation d’un faisceau d’ions supersoniques résultant des ions accélèrés par le saut de potentiel de la double couche. L’existence de ce faisceau d’ions supersoniques est confirmée par fluorescence induite par laser (nonperturbative laser-induced fluorescence). La simulation montre aussi qu’à basse pression, lorsque le libre parcours moyen des électrons est du même ordre de grandeur ou plus grand que le système, la fonction de distribution en énergie des électrons (eedf) est quasi-Maxwellienne, à l’exception de sa queue, dépeuplée pour des énergies supérieures au potentiel plasma. Ce dépeuplement est principalement dû à la perte aux parois des électrons les plus rapides. Un nouveau schéma de simulation hybride (ions particulaires et électrons particulaires et Boltzmann), permettant de simuler des plasmas hautes pressions et hautes densités, en des temps de calculs relativement faibles, est proposé. Les résultats obtenus avec ce modèle hybride “amélioré” sont bien plus proches de ceux d’une simulation pic, que le sont ceux d’une simulation hybride classique. Ce modèle est appliqué à la simulation de décharges électronégatives et confirme des résultats expérimentaux démontrant la possibilité de formation de doubles couches propagatives. En particulier, les paramètres critiques contrôllant cette formation dans la simulation corroborent ceux de l’expérience
Inductive plasmas are simulated by using a one-dimensional particle-in-cell simulation including Monte Carlo collision techniques (pic/mcc). To model inductive heating, a non-uniform radio-frequency (rf) electric field, perpendicular to the electron motion is included into the classical particle-in-cell scheme. The inductive plasma pic simulation is used to confirm recent experimental results that electric double layers can form in current-free plasmas. These results differ from previous experimental or simulation systems where the double layers are driven by a current or by imposed potential differences. The formation of a super-sonic ion beam, resulting from the ions accelerated through the potential drop of the double layer and predicted by the pic simulation is confirmed with nonperturbative laser-induced fluorescence measurements of ion flow. It is shown that at low pressure, where the electron mean free path is of the order of, or greater than the system length, the electron energy distribution function (eedf) is close to Maxwellian, except for its tail which is depleted at energies higher than the plasma potential. Evidence supporting that this depletion is mostly due to the high-energy electrons escaping to the walls is given. .

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HE, ZHONG JUN. "Contribution a l'etude theorique et experimentale de l'interaction plasma-cathode dans un arc electrique." Paris 6, 1995. http://www.theses.fr/1995PA066616.

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Abstract:

L'etude effectuee est consacree a la comprehension des phenomenes physiques qui ont lieu dans la region cathodique d'un arc electrique. Elle est constituee de deux parties: l'une theorique et l'autre experimentale. Dans la partie theorique, un modele est elabore pour la simulation du fonctionnement d'un spot cathodique. Sur la base d'un meme modele physique, deux systemes mathematiques sont etablis. L'un est utilise pour etudier un site emissif en etat stationnaire et l'autre est destine a en simuler l'initialisation. Les phenomenes thermiques et electriques dans l'electrode sont etudies a deux dimensions en symetrie de revolution (2d). L'influence des conditions physiques sur l'etat stationnaire et l'initialisation d'un site est examinee. Le phenomene de surchauffe, ou emballement thermique a l'interieur de l'electrode, est observe et etudie. L'importance des conditions externes dans le processus d'initialisation d'un site est mis en evidence. La partie experimentale de la these concerne les effets d'un spot cathodique sur une electrode couverte d'une couche d'oxyde. Il est observe que lorsque le pied cathodique d'un arc a la possibilite d'exister soit sur une partie purement metallique, soit sur une partie oxydee, il se place sur la zone oxydee. Ce phenomene peut etre utilise pour le decapage, par un arc electrique, d'une surface metallique oxydee. L'etude phenomenologique montre l'importance du gaz reducteur dans l'interaction arc-surface et l'influence des conditions de traitement sur le resultat du procede

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Pain, Jean-Christophe. "Sur la physique atomique des ions dans les plasmas en présence de l'écrantage." Paris 11, 2002. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00004088.

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Abstract:

L'objectif de ce travail de thèse est d'amèliorer la caractérisation des différentes espèces ioniques présentes dans les plasmas. La modélisation de la thermodynamique de ces plasmas est importante, notamment pour décrire leur capacité à absorber le rayonnement électromagnétique. L'écrantage des ions par les électrons libres joue un rôle capital dans cette thermodynamique. Le nombre de configurations électroniques du plasma est considérable, ce qui rend leur traitement détaillé prohibitif. Une approche récente fondée sur l'approximation des "supraconfigurations" permet de regrouper les configurations électroniques des ions en quelques centaines ou milliers de supraconfigurations pertinentes. Chaque supraconfiguration est caractérisée par un potentiel ainsi qu'une base d'états quantiques à un électron qui sont calculés de manière auto-cohérente. Ce travail de thèse constitue une amélioration de la méthode des supraconfigurations, prenant en compte l'écrantage des ions par les électrons délocalisés et assurant simultanément que chaque espèce ionique a le même environnement plasma. Ainsi, l'approche proposée assure non seulement la neutralité électrique du plasma, mais aussi, en faisant varier les volumes des sphères ioniques, l'égalité de la pression électronique du plasma autour de chaque ion. Cette égalité est obtenue par un calcul itératif fondé sur la méthode de Newton multi-dimensionnelle. Ce calcul est complexe mais la méthode converge et permet, dans le cas de plasmas de fortes densités (de l'ordre de la densité du solide), de mieux tenir compte de phénomènes d'ionisation par pression. L'impact de cette nouvelle approche thermodynamique sur le calcul de spectres de photo-absorption a été étudié. Des comparaisons avec des spectres expérimentaux obtenus au laboratoire LULI ont été effectuées. Une nouvelle règle de somme concernant la densité dipolaire induite a été obtenue dans le cadre d'une étude de la réponse linéaire dynamique
This work is an improvement of the characterisation of ionic species in plasmas. Thermodynamical modelling of these plasmas is important, especially in order to describe their ability to absorb radiations. The screening of ions by free electrons plays a crucial role in these thermodynamics. The number of electronic configurations in the plasma is huge, which makes their individual treatment prohibitive. A recently developed approach based on the "superconfiguration" approximation enables to group electronic configurations into several hundreds or thousands of relevant superconfigurations. Each superconfiguration is characterised by a potential and a one-electron-quantum-state basis calculated in a self-consistent way. The present work consists in a improvement of the superconfiguration method, in which the screening of ions by free electrons is taken into account and each ionic specie has the same plasma environment. Therefore, the proposed approach not only assures that the plasma is electrically neutral, by also gives, varying the volume of each ion sphere, the equality of the electronic pressure around each ion. This equality is obtained by a multi-dimensional Newton method. The latter calculation is complex but the method is definitely convergent and allows, in case of high-density plasmas (about density of solids) to take pressure ionisation phenomena into account. The influence of the new thermodynamics on photo-absorption spectra has been studied. Comparisons with experimental spectra obtained in LULI laboratory have been investigated. In the framework of dynamic linear response theory, a new sum rule for the induced dipolar density has been developed

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Nicolas, Timothée. "Transport de particules induit par les Dents-de-Scie dans les palsmas de tokamak." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00926428.

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Abstract:

Le transport radial des particules dans les tokamaks constitue une des questions les plus cruciales pour la communauté de la fusion par con finement magnétique. En eff et, d'une part la puissance de fusion est proportionnelle au carré de la pression, d'autre part l'accumulation d'impuretés lourdes dans le coeur du plasma conduit à d'importantes pertes par rayonnement qui peuvent fi nir par causer un e ffondrement radiatif du plasma. Les dent de scie et la redistribution périodique de la température et de la densité de coeur qui lui est associée peuvent a ffecter signifi cativement le transport radial des électrons et des impuretés. Dans cette thèse, nous présentons des simulations numériques de dents de scie utilisant un code tridimensionnel non linéaire de magnétohydrodynamique appelé XTOR-2F, a n d'étudier le transport de particules pendant les dents de scie. Nous montrons que le code est capable de reproduire les structures fines de densité observées après le crash de la dent de scie avec le diagnostic de réfl ectométrie à balayage rapide sur les tokamaks Tore Supra et JET. La présence de ces structures implique la possibilité que le crash de dent de scie ne soit pas aussi effi cace que prévu pour évacuer les impuretés du coeur du plasma. Cependant, en appliquant le code aux impuretés, nous montrons que finalement le taux de redistribution est quantitativement similaire à ce qui est prévu par le modèle de Kadomtsev, un résultat inattendu a priori. Nous concluons que la dent de scie est e fficace pour évacuer les impuretés du coeur du plasma.

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Fang, Ming. "Physique de dépôt par plasma et propriétés optiques du silicium amorphe et microcristallin." Palaiseau, Ecole polytechnique, 1992. http://www.theses.fr/1992EPXX0006.

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Abstract:

Cette thèse est consacrée à l'étude des propriétés optiques et la physique de dépôt par plasma du silicium amorphe (a-si:h) et microcristallin (c-si) a l'utilisation des techniques optiques in situ et spectroscopiques (de proche infrarouge a ultraviolet). Nous avons développé la loi de dispersion diélectrique en tenant compte de la structure des bandes au lieu du modèle a deux niveaux (seul oscillateur) utilise habituellement. Nous avons montré qu'il n'y a pas de dépendance avec l'épaisseur de structure de bande de couche très mince du a-si:h (si l'épaisseur d>500a). L'étude en temps réel de la structure du c-si montre que la croissance de c-si se passe en trois périodes: la nucléation, la formation de rugosité de surface et la croissance inhomogène. La grande porosité trouvée dans ce matériau explique plusieurs observations non expliquée précédemment. Les résultats obtenus sur l'étude des interfaces du c-si avec divers substrats sont directement utilisables pour les applications pratiques. La physique de dépôt par plasma du silicium en couche mince soulevé des problèmes fondamentaux complexes. De plus il y a aussi des implications pratiques importantes pour l'industrie optoélectronique. Depuis 10 ans, on pense que c-si est dépose en condition d'équilibre chimique partiel. En vue de certaines difficultés, nous avons présente notre modèle gravure préférentielle de phase amorphe et l'avons prouvé avec une série d'expériences cruciales. Cette connaissance nous permet de mieux comprendre l'origine du désordre et de la formation de défauts.

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Aman, Yann. "Spark plasma sintering mechanisms of alpha-alumina (α-Al2O3) nanopowders." Lyon, INSA, 2010. http://www.theses.fr/2010ISAL0128.

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Abstract:

The technological interests that present the nanostructured materials allowed the emergence during these last years of the Spark Plasma Sintering “SPS” process. At the origin of this process, it was supposed by its inventors that the application of pulsed D. C. Currents can generate a plasma discharge between the particles of powdered material, thus enhancing the creation of necks at low temperatures. This was supposed to accelerate the matter diffusion and densification at low sintering temperatures, which could prevent from grain growth. This assumption of the existence of plasma or another specific SPS effect has never been verified, although the possibilities offered by the SPS are proven. The objective of this thesis was to study the SPS sintering mechanisms of α-alumina nanopowders. Polycrystalline α-alumina is a ceramic material, which has been widely studied in traditional sintering, and which has excellent mechanical and optical properties when the density of sintered material is close to its theoretical value with submicron grain size in the sintered bulk. In this thesis work, an applied approach is first developed. Thanks to powerful statistical tools, the influence of the combination of a large number of parameters SPS (rate of heating, temperature, duration of stage) as well as the green state processing on the evolution of the density and the grain size during SPS sintering, and its consequences on the optical properties, have been characterized. This allowed the obtention of highly translucent polycrystalline α-alumina. In the second time, from the fundamental point of view, the objective was to elucidate the physico-chemical mechanisms that govern the densification and grain growth kinetics. It was shown by microstructural analyzes that the sintering paths are influenced by the heating rates, and that the densification at low temperature is governed by fast mechanisms of diffusion such as grain boundaries diffusion
L‘intérêt technologique que présentent les matériaux nanostructurés a permis l‘émergence au cours de ces dernières années du procédé de frittage flash « SPS » (Spark Plasma Sintering). A l‘origine de ce procédé, il a été supposé par ses inventeurs que l‘application d‘un courant pulsé puisse générer une décharge plasma entre les particules du matériau pulvérulent, favorisant ainsi la création de ponts à des températures faibles et accélérant les phénomènes de diffusion de matière à l‘origine de la densification à basse température. Cette hypothèse de l‘existence de plasma ou de quelconque autre effet SPS n‘a jamais été vérifiée, bien que les possibilités offertes par le SPS soient avérées. L‘objectif de cette thèse a été d‘étudier les mécanismes de frittage SPS de nanopoudres d‘alumine alpha. L‘alumine polycristalline alpha, matériau céramique modèle largement étudié dans le frittage traditionnel, possède d‘excellentes propriétés mécaniques et optiques quand la densité du matériau fritté est proche de sa valeur théorique, et que la taille de grain est submicronique. Dans un premier temps, du point de vue appliqué, cette étude a permis de caractériser, grâce à des outils statistiques puissants, l‘influence de la combinaison d‘un grand nombre de paramètres SPS (taux de chauffage, température, durée de palier) ainsi que de la mise en forme du compact cru sur l‘évolution de la densité et de la taille de grains au cours du frittage, et ses conséquences sur les propriétés optiques. Ceci a permis l‘obtention d‘alumine polycristalline de translucidité élevée. Dans un second temps, du point de vue fondamental, l‘objectif a été d‘élucider les mécanismes physico-chimiques intervenant sur les cinétiques de densification et grossissement de grain. Il a ainsi été démontré, grâce à des analyses microstructurales par microscopie électronique, que les chemins de frittage sont influencés par la vitesse de chauffage, et que la densification à basse température est guidée par des mécanismes rapides de diffusion aux joints de grains. Tandis qu‘à haute température, la densification semble contrôlée par des mécanismes lents de diffusion tels que la diffusion en volume et le glissement au joint de grain. Des analyses dilatométriques ont permis de mettre en évidence l‘influence de la nature des pulses de courant sur le développement microstructural au cours du frittage. Des analyses spectroscopiques de temps de vie de positrons ont permis de caractériser la concentration en défauts ponctuels en fonction du taux de chauffage. Enfin, l‘effet du courant pulsé sur le mécanisme de création des ponts au stade initial du frittage SPS a pu être caractérisé

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Texier, Benjamin. "Optique géométrique et diffractive : dérivation d'équations modèles, application en physique des plasmas." Bordeaux 1, 2003. http://www.theses.fr/2003BOR12689.

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Abstract:

L'objet de cette thèse est l'étude qualitative de solutions de problèmes de Cauchy associés à des systèmes d'équations aux dérivées partielles hyperboliques nonlinéaires à coefficients constants, dans la limite des hautes fréquences. Pour des systèmes généraux, nous donnons d'abord une nouvelle preuve des résultats classiques de Lax, Joly, Métivier, Rauch et Lannes qui établissent les liens entre les équations de profil de l'optique géométrique et diffractive et les paramatrisations locales de la variété caractéristique. Puis nous étudions une asymptotique en ondes courtes, c'est-à-dire pour des conditions initiales dont le spectre oscillant est large. L'équation limite est de type KP. La deuxième partie de cette thèse est consacrée à l'étude de systèmes issus de la physique des interactions laser-matière. L'étude d'un système de Maxwell-Bloch à deux niveaux permet de dériver rigoureusement une équation de Schrôdinger avec un potentiel retardé. L'asymptotique est effectuée en régime optique géométrique mais avec trois échelles d'espace. Puis la validité du modèle de Zakharov est étudiée à partir des équations d'Euler-Maxwell. . . . .

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Jiang, Yuchao. "Quelques problèmes de physique et simulation particulaire de plasmas froids partiellement magnétisés et de sources d'ions." Thesis, Toulouse 3, 2020. http://www.theses.fr/2020TOU30057.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous illustrons certains des enjeux de la physique et de la modélisation des plasmas partiellement magnétisés avec trois exemples spécifiques qui correspondent aux études en cours au sein du groupe GREPHE du laboratoire LAPLACE: 1) Extraction d'électrons dans les sources d'ions négatifs pour l'injection de faisceaux neutres en fusion 2) Instabilités dans les décharges magnétron et propulseurs à courant de Hall 3) Confinement de plasma par festons magnétiques ("magnetic cusps") - Dans l'étude des sources d'ions négatifs pour la fusion, le groupe GREPHE a pour objectif de mieux comprendre la physique de la source d'ions négatifs, et plus spécifiquement, les questions du transport du plasma à travers le filtre magnétique et de l'extraction des ions négatifs du plasma. L'un des problèmes importants de ces sources d'ions négatifs est de minimiser le courant d'électrons qui sont co-extraits avec les ions négatifs. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur cet aspect et nous essayons de comprendre et de quantifier comment les électrons peuvent être extraits à travers une ouverture de grille quand un "cusp" magnétique est placé devant l'ouverture. Nous discutons, à l'aide de simulations 3D PIC MCC (Particle-In-Cell Monte Carlo Collisions), les contributions des différentes dérives électroniques (dérive ExB, dérive Grad B et dérive de courbure) et des instabilités à l'extraction d'électrons à travers une ouverture de la grille. - Les propulseurs à courant de Hall et les décharges magnétron sont des dispositifs cylindriques à champs croisés (ExB, champ magnétique B radial et champ électrique E axial). On sait depuis longtemps que des instabilités sont présentes dans ces décharges, conduisant à un transport d'électrons anormal important. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur un type particulier d'instabilité (non-uniformité en rotation, ou "rotating spoke"), qui est présent dans les propulseurs à courant de Hall et les décharges de magnétron et qui apparaît dans les expériences comme une non-uniformité lumineuse se déplaçant dans la direction azimutale. Dans ce travail, nous utilisons une simulation 2D PIC MCC pour effectuer une étude paramétrique de cette instabilité. Nous montrons que, dans certaines conditions où ces non-uniformités ont été observées dans les expériences, la dérive des électrons Grad B joue un rôle majeur dans le chauffage des électrons et dans la formation et l'entretien de ces "rotating spokes". [...]
In this thesis we will illustrate some of the issues in the physics and modeling of partially magnetized plasmas with three specific examples that correspond to ongoing studies in the GREPHE group of the LAPLACE laboratory: 1) Electron extraction in negative ion sources for neutral beam injection in fusion 2) Instabilities in magnetron discharges and Hall thrusters 3) Plasma confinement by magnetic cusps - In the study of negative ion sources for fusion, the aim of the GREPHE group is to better understand the physics of the negative ion source, and more specifically, the questions of plasma transport across the magnetic filter and of negative ion extraction from the plasma. One of the important issues in these negative ion sources is to minimize the current of electrons that are co-extracted with the negative ions. In this thesis we focus on this aspect and we try to understand and quantify how electrons can be extracted through a grid aperture when a magnetic cusp is placed in front of the aperture. We discuss, with the help of 3D PIC MCC (Particle-In-Cell Monte Carlo Collisions) simulations, the contributions of different electron drifts (ExB drift, Grad B drift and curvature drift) and instabilities to electron extraction through a grid aperture.- Hall thrusters and magnetron discharges are ExB cylindrical devices with radial magnetic field and axial electric field. It has been known for a long time that instabilities are present in these discharges, leading to important anomalous electron transport. In this thesis we focus on one particular type of instability, called "rotating Spoke", which is known to be present in Hall thrusters and magnetron discharges and is apparent in the experiments as a luminous non-uniformity rotating in the azimuthal direction. In this work we use a 2D PIC MCC simulation to perform a parametric study of this instability. We show that, in some conditions where rotating spokes have been observed in the experiments, Grad B electron drift plays a major role in electron heating and in the formation and maintenance of the rotating spokes.- Magnetic cusps have been used for more than 60 years to confine the plasma in a large variety of conditions. An important parameter characterizing plasma confinement by cusps is the effective loss area in the presence of magnetic cusps. Some semi-empirical theories have been proposed to quantify the effective loss area and their predictions have been compared with numerous experimental results. In spite of these efforts there is no fully reliable expression of the effective wall loss as a function of different parameters such as magnetic field, electron temperature, ion mass, gas pressure, etc... We describe in this thesis an attempt at obtaining scaling laws for the effective loss width of magnetic cusps, based on 2D PIC MCC simulations

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Kohen, Nicolas. "Physique et modélisation d'une source d'ions négatifs pour l'injection du faisceau de neutres sur ITER." Thesis, Toulouse 3, 2015. http://www.theses.fr/2015TOU30035/document.

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Abstract:

La source d'ions des injecteurs de neutres d'ITER devra produire un fort courant d'ions négatifs de deutérium qui seront accélérés puis neutralisés afin d'obtenir un faisceau d'atomes qui chauffera le plasma thermonucléaire. Un plasma froid d'hydrogène à basse pression et forte puissance est généré par induction dans la source et les ions négatifs sont produits par des réactions en volume et en surface et extraits à travers une série de grilles électrostatiques. Cette thèse est consacrée à la modélisation de ce plasma, afin d'étudier des phénomènes peu abordés à ce jour : aspect hors équilibre des espèces neutres, déplétion et chauffage du gaz, génération et transport des atomes, et génération des ions négatifs sur les parois. Un code fluide bidimensionnel de simulation plasma a pour cela été modifié afin de simuler la cinétique des espèces neutres au moyen d'un module Direct Simulation Monte-Carlo et a été utilisé pour simuler le plasma de manière auto-cohérente
The ion source of the ITER neutral beam injectors will have to deliver a high current of negative deuterium ions which will be accelerated and neutralized, and the resulting atom beam will heat the thermonuclear plasma. A low pressure and high power cold hydrogen plasma is inductively generated in the source and negative ions are produced by volume and surface reactions and are extracted through a set of electrostatic grids. This thesis aims at modelling this plasma, and focuses on topics that haven't been studied much before : out of equilibrium neutral kinetics, gas heating and depletion, atoms production and transport, and negative ions generation on the walls. To this end, a two-dimensional fluid plasma code has been modified to simulate the neutrals kinetics with a Direct Simulation Monte Carlo module and has been used to perform self-consistent simulations of the plasma

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Yang, Chang. "Analyse et mise en oeuvre des schémas numériques pour la physique des plasmas ionosphériques et de tokamaks." Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10183/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte sur la modélisation et la simulation numérique des plasmas ionosphérique et Tokamak. La première partie de ce travail concerne la modélisation et la simulation numérique des effets de perturbations ionosphériques sur les communications terre-satellite. Le point départ de cette partie est l’analyse asymptotique du modèle de Euler-Maxwell conduisant ainsi au modèle Dynamo, qui se traduit en un couplage en 3D entre une équation elliptique pour le potentiel électrique et une équation de conservation de masse pour la densité du plasma. Du fait de la forte anisotropie de la matrice de diffusion associée a l’équation elliptique, on a developpé un schéma numérique préservant l’asymptotique permettant ainsi le bon conditionnement du systeme linéaire. La simulation de l’équation de conservation de masse est faite à l’aide de schémas de lois de conservation d’ordre elevé. La validation de ce modèle Dynamo s’obtient par une étude comparative avec le modèle Striation en 2D. Dans la deuxième partie, on s’intéresse au plasma Tokamak. On extrait du modele TOKAM3D, une équation de balance d’énergie de type non-linéaire en dimension 2 contenant toutes les difficultés numériques. Les méthodes numériques standard étant très coûteux en temps CPU, on developpe un schéma implicite-explicite prouvé efficace et stable pour ce type de problème. Enfin, ce schéma est combiné à une méthode de splitting dimensionnelle pour la discrétisation et des expériences numériques sont alors presentées
This thesis focuses on modeling and numerical simulation of ionospheric and Tokamak plasmas.The first part of this work concerns the modeling and simulation of ionospheric perturbations effects for earth-satellite communications. The starting point of this part is an asymptotic analysis of Euler-Maxwell model leading to Dynamo model, which results into a 3D coupling problem between an elliptic equation for the electric potential and a mass conservation equation for the plasma density. Because of the strong anisotropy of the diffusion matrix associated with the elliptic equation, we developed an asymptotic preserving numerical scheme thus allowing the well conditioned linear system. The simulation of the mass conservation equation is made by using high order conservation laws scheme. The validation of this model Dynamo is obtained by a comparison with the 2D Striation model. In the second part, we are interested in tokamak plasma. We extract from TOKAM3D model, a 2D nonlinear energy balance equation containing all the numerical difficulties. Standard numerical methods are very CPU consuming, thus we develop an implicit-explicit scheme shown efficient and stable for this type of problem. Finally, this scheme is combined with dimensional splitting method for the discretization and numerical experiments are then presented

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LERAY, PHILIPPE. "Etude de la physique interne d'un propulseur a plasma stationaire par spectometrie optique d'emission." Paris 11, 1997. http://www.theses.fr/1997PA112418.

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Abstract:

Le spt est un propulseur a plasma stationnaire. Des champs electrique et magnetique croises sont crees dans un canal. Le xenon est ionise par les electrons pieges par le champ magnetique et emis par la cathode. Les ions sont acceleres hors du canal par le champ electrique et produisent une poussee. Ce moteur est utilise sur les satellites pour effectuer les corrections de trajectoires. L'etude d'un analyseur de masse et d'energie des ions de type mason est effectuee. Il est compose de trois grilles sur lesquelles differents potentiels sont appliques. La premiere possede un potentiel positif variable. Elle est transparente pour les ions dont l'energie est superieure a la valeur du potentiel applique. La deuxieme est polarisee par une forte tension negative et sert de grille acceleratrice. La troisieme possede un potentiel positif variable, superieur a celui de la premiere grille, et renvoie, vers la deuxieme grille, les ions dont l'energie est inferieure au potentiel applique. Ces ions reflechis percutent la deuxieme grille. L'emission secondaire qui en resulte est mesuree. Si le potentiel de la grille est inferieur a l'energie des ions pendant un laps de temps tres court, les especes ioniques sont detectees avec un certain retard qui est fonction de leur charge et de leur masse, par rapport au signal d'ouverture de la grille. L'analyseur fonctionne parfaitement en ce qui concerne l'analyse en energie. Mais un retard anormal du temps de vol des ions apparait experimentalement. Une etude theorique met en evidence que cette anomalie est la consequence de la distance de la premiere grille a la masse. La spectroscopie optique d'emission traduit les transitions radiatives emises a partir des niveaux excites de l'atome. La mesure est effecutee en 7 points le long du canal du spt. La comparaison des emissions de xe#+ et xe#+#+ permet d'estimer le rapport xe#+#+/xe#+. Un modele collisionnel radiatif permet d'interpreter les resultats experimentaux de la spectroscopie optique d'emission. Une fonction de distribution en energie des electrons (fdee) definie comme la somme de deux maxwelliennes est introduite, en association avec les equations cinetiques definissant les processus de peuplement et de depeuplement des niveaux, dans le modele. La comparaison du modele avec l'experience permet de deduire la densite electronique des deux populations le long du canal.

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Frere, Isabelle. "Etude et applications d'un générateur à plasma." Grenoble 1, 1992. http://www.theses.fr/1992GRE10006.

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Etude et applications d'un generateur a plasma. Le but de travail presente est l'etude d'un generateur a plasma. Celui-ci est une cathode de forme cylindrique ou parallelepipedique rectangle, baignee par un champ magnetique de quelques centaines de gauss, cree par un aimant permanent. Le plasma engendre est un plasma froid, plasma de decharge luminescente anormale. Il est a rapprocher de ceux produits par une decharge en cathode creuse ou en magnetron creux. L'influence de la variation de certains parametres (geometrie de la cathode, pression du gaz plasmagene, intensite du champ magnetique. . . ) sur le fonctionnement de la decharge est presentee. Une autre partie du rapport est consacree a la presentation d'applications du generateur a differents traitements de surface: depots metalliques par evaporation et par pulverisation, decharge ionique, traitement des materiaux plastiques par plasma

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Gaufridy, François de Dortan de. "Etude de l'influence de l'environnement plasma sur les sections efficaces d'excitation collisionnelle électron-ion dans un plasma chaud et dense." Paris 11, 2003. http://www.theses.fr/2003PA112016.

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Abstract:

Les sections efficaces d'excitation collisionnelle sont des ingrédients essentiels dans la modélisation des propriétés radiatives d'un plasma hors équilibre thermodynamique. Dans le cas où le système électron-ion peut être considéré comme isolé, diverses méthodes quantiques issues de la théorie de la diffusion existent pour traiter correctement ce problème. Dans un plasma dense, on s'attend à ce que les particules voisines perturbent considérablement ces transitions. La modélisation du plasma par l'intermédiaire d'un potentiel perturbateur purement radial a déjà été effectuée, mais elle n'est pas satisfaisante pour les excitations collisionnelles car elle ne parvient à rendre compte ni de la levée de dégénérescence des niveaux ni de ses conséquences. Nous avons levé la "symétrie sphérique" en introduisant le microchamp électrique quasistatique produit par les ions voisins. Cette étude théorique inédite nous a permis de réaliser un code numérique, calculant automatiquement les forces de collision et taux collisionnels d'ions complexes de manière précise (Distorted Waves) en présence d'un microchamp reproduisant fidèlement la réalité. Nous avons appliqué cette étude au cas de l'Aluminium hydrogénoi͏̈de et héliumoi͏̈de. La prise en compte du microchamp électrique sur les sections efficaces d'excitation collisionnelle fait apparaître notablement les transitions issues d'états de moment angulaire élevé. En particulier, les sections efficaces de transitions interdites en l'absence de microchamp augmentent de plusieurs ordres de grandeur en sa présence et deviennent de l'ordre de celles des transitions autorisées. Nous avons, en outre, réalisé un code collisionnel-radiatif stationnaire élémentaire pour évaluer l'influence de ces modifications sur les profils de raies correspondants. L'importance de l'effet précédent n'élargit, cependant, que légèrement les raies de couche K
Collisionnal excitation cross-sections are essential to modeling of out of equilibrium plasmas radiative properties. Many quantum resolutions of scattering have been successful in the treatment of isolated electron-ion systems. But in dense plasmas, neighbouring particles are expected to widely disturb these transitions. Plasma modeling through a radialy perturbated potential has already been done but is not satisfactory as it doesn't account for levels degeneracy breaking and its consequences. Introduction of quasi-static electric microfield of neighbouring ions has allowed us to break spherical symmetry. Our original theoretical study has given birth to a numerical code that accurately computes collisionnal strengths and rates (distorted Waves) submited to a realistic microfield. Hydrogen- and Helium-like Aluminium has been studied. Stark mixing widely increases rates of transitions from high l levels and forbidden transitions are field-enhanced of many orders until they reach allowed ones. Eventually, we wrote an elementary stationary collisionnal-radiative code to watch field-enhancement effects on corresponding fine shapes. Yet, the wide previous enhancement little broadens K-shell lines

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Pellerin, Stéphane. "Plasmas basse-température en physique atomique et moléculaire. Applications technologiques." Habilitation à diriger des recherches, Université d'Orléans, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00458801.

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Abstract:

La convergence des thèmes de recherche abordés au Laboratoire d'Analyse Spectroscopique et d'Energétique des Plasmas (LASEP) de Bourges et dans l'équipe PHOTONIC de l'Université Jagellonne de Cracovie (Pologne) a favorisé le rapprochement de nos activités sur l'étude et le diagnostic des plasmas d'arcs. Les activités présentées dans le cadre de cette habilitation à diriger des recherches, sont orientées vers l'études des interactions arc-électrode, avec une ouverture vers les décharges à pression atmosphérique. Elles couvrent • Les sources de plasma de type arc électrique, avec l'étude de la zone cathodique d'un plasma d'arc éclatant dans l'argon à pression atmosphérique, des phénomènes liés aux effets anodiques (et cathodiques) en soudage MIG-MAG et des processus mis en jeu dans les plasmas d'électro-érosion ; • L'étude de décharges froides hors d'équilibre à pression atmophérique, qu'elles soient - glissantes, avec leurs éventuelles applications à la destruction des composés organiques volatils ou à la génération de radicaux hydrogène; - fixes entre deux pointes, pour l'étude des ondes d'ionisation. • La mise en oeuvre et l'élaboration de nouvelles méthodes de diagnostic de ces sources, par spectroscopies atomique et moléculaire, en émission ou laser, et leur application à la métrologie fine. Elles se situent à l'interface de la recherche fondamentale (développement de méthode de diagnostic laser de milieux plasmagènes et application à la détermination des constantes spectroscopiques fondamentales nécessaires à l'étude des milieux plasmagènes complexes) et de la recherche appliquée (contrôle en ligne des milieux hors d'équilibre utilisés en dépollution, et des plasmas thermiques pour la soudure ou la découpe). Les différents thèmes de recherche développés à ce jour ont été réalisés au GREMI, puis au LASEP (Université d'Orléans), en collaboration avec l'équipe de Cracovie. La spectroscopie constitue certainement le trait d'union principal de ces travaux, tant il est vrai que le diagnostic spectroscopique se révèle essentiel pour l'étude des différents milieux plasmagènes développés au laboratoire.

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Chouli, Billal. "Effet des particules rapides sur la rotation des plasmas de Tokamak sans injection de moment angulaire extérieur." Thesis, Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM4084/document.

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Abstract:

En présence de rotation toroïdale, une amélioration de la stabilité et des performances du plasma ont été observées. Or les sources extérieures de moment angulaire seront très limitées pour les futurs tokamaks, et notamment pour ITER. Par conséquent, il apparait capital d'investiguer les différents mécanismes de génération intrinsèque de rotation toroïdale, afin de prédire les profils de rotation dans les machines à venir. D'intrigantes observations de rotation intrinsèque sont faites dans de nombreuses machines, pour des décharges plasma en présence de chauffage à la fréquence hybride basse et cyclotronique ionique. Les profils de vitesse observés sont dans la direction parallèle au courant plasma (co-courant) mais aussi dans la direction opposée au courant plasma (contre-courant). Ceci a suscité un effort important de la communauté scientifique pour la compréhension des mécanismes à l'origine des observations expérimentales. Néanmoins, à ce jour, l'ensemble des interprétations proposées n'offrent pas une vision claire des mécanismes en jeu. Le travail réalisé dans cette thèse, s'inscrit dans cette problématique et concerne plus précisément le tokamak Tore Supra, dont le chauffage dominant est assuré par les ondes radiofréquences
Toroidal flows are found to improve the performance of the magnetic confinement devices with increase of the plasma stability and confinement. In ITER or future reactors, the torque from NBI should be less important than in present-day tokamaks. Consequently, it is of interest to study other intrinsic mechanisms that can give rise to plasma rotation in order to predict the rotation profile in experiments. Intriguing observations of plasmas rotation have been made in radio frequency (RF) heated plasmas with little or no external momentum injection. Toroidal rotation in both the direction of the plasma current (co-current) and in the opposite direction (counter-current) has been observed depending on the heating schemes and plasma performance. In Tore Supra, most observations in L-mode plasmas have been in the counter-current direction. However, in this thesis, we show that in lower hybrid current drive (LHCD), the core toroidal rotation increment is in co- or counter-current direction depending on the plasma current amplitude. At low plasma current the rotation change is in the co-current direction while at high plasma current, the change is in the counter-current direction. In both low and high plasma current cases, rotation increments are found to increase linearly with the injected LH power. Several mechanisms in competition which can induce co- or counter-current rotation in Tore Supra LHCD plasmas are investigated and typical order of magnitude are discussed in this thesis

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Glowacz, Bartosz. "Detection of metastable He2* molecules in helium plasma." Paris 6, 2011. http://www.theses.fr/2011PA066303.

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Les molécules métastables He2*, dans lesquelles un atome métastable He* (23S) et un atome dans l’état fondamental sont liés, sont fréquemment rencontrées dans les fluides d’hélium. Leur détection via la transition optique à 465 nm 3Σu+(v=0)-e3Πg(v=0) a été faite dans des plasmas d’He (P=8−267 mbar) avec un laser continu accordable, utilisant une addition de fréquences (lasers à 923 et 937 nm) dans un cristal de PP-KTP. Des mesures d’absorption donnent accès aux densités de He2* à partir des données spectroscopiques obtenues pour les niveaux rotationnels étudiés, principalement pour 3He2*, mais aussi dans les mélanges isotopiques et dans 4He pur. Les spectres d’absorption moléculaire montrent une bonne thermalisation des niveaux rotationnels. En plus de l’alternance attendue (statistique) des intensités des raies, une alternance de formes de raies a été observée dans 3He2*, révélant la structure sous-jacente des niveaux rotationnels. Des mesures d’absorption en post-décharge fournissent des données quantitatives sur la cinétique et les densités des espèces métastables. Lors d’une excitation intense à 1083 nm, la densité de He2* augmente car le taux formation à partir de l’état 23P est 100 fois plus fort qu’à partir de He*. Des mesures d’absorption par les atomes et par les molécules métastables ont été faites lors d’expériences de pompage optique (par échange de métastabilité, POEM) pour étudier la contribution potentielle des molécules à la relaxation induite par le pompage observée en POEM. Seule une augmentation modérée des densités moléculaires a été observée, bien moindre que l’augmentation spectaculaire simultanément observée pour les taux de relaxation nucléaire

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Beck, Arnaud. "Simulation N-Corps d'un plasma." Phd thesis, Observatoire de Paris, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00359057.

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Abstract:

La simulation N-Corps d'un plasma consiste à calculer l'interaction coulombienne mutuelle entre N particules chargées. Nous avons adapté un algorithme N-Corps de type ``code en arbre'', utilisé avec succès dans le cas gravitationnel, pour la simulation de plasmas. Pour l'instant, nous avons trouvé deux champs d'applications pour lesquels cette technique est particulièrement bien adaptée.

Tout d'abord les problèmes d'expansion de plasma dans le vide. Ce genre de simulation fait coexister des densités d'ordres de grandeur très différents. Certaines zones peuvent avoir un comportement hydrodynamique pendant que d'autres sont peuplées de particules avec des trajectoires balistiques car trop énergétiques. Les protons, notamment, peuvent ainsi être accélérés à des vitesses requises pour la fusion. Ce type de problème, faisant intervenir une interface plasma-vide, est pratiquement impossible à étudier à l'aide des techniques de simulation courantes (e.g. codes MHD, Vlasov, Fokker-Planck, ...).

L'autre champ d'application est celui de la simulation des plasmas modérément ou fortement couplés qui concerne de nombreux plasmas de laboratoire, mais également des plasmas astrophysiques, tels, par exemple, la zone convective du Soleil. Dans les plasmas dits couplés, les collisions ``binaires proches'' entre charges ne peuvent pas être négligées. Or, les modèles numériques de type Fokker-Planck, très majoritairement utilisés pour simuler des plasmas faiblement collisionnels, n'en tiennent pas compte ce qui les rends inadéquats à ce type de plasma. La technique N-Corps, quant à elle, gère chaque particule individuellement et peut très bien décrire précisément les trajectoires de particules subissant ce genre de déviation violente.

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Beck, Arnaud. "Simulation N-Corps d'un plasma." Phd thesis, Observatoire de Paris (1667-....), 2008. https://theses.hal.science/tel-00359057.

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Abstract:

La simulation N-Corps d’un plasma consiste à calculer l’interaction coulombienne mutuelle entre N particules chargées. Nous avons adapté un algorithme N-Corps de type “code en arbre”, utilisé avec succès dans le cas gravitationnel, pour la simulation de plasmas. Pour l’instant, nous avons trouvé deux champs d’applications pour lesquels cette technique est particulièrement bien adaptée. Tout d’abord les problèmes d’expansion de plasma dans le vide. Ce genre de simulation fait coexister des densités d’ordres de grandeur très différents. Certaines zones peuvent avoir un comportement hydrodynamique pendant que d’autres sont peuplées de particules avec des trajectoires balistiques car trop énergétiques. Les protons, notamment, peuvent ainsi être accélérés à des vitesses requises pour la fusion. Ce type de problème, faisant intervenir une interface plasma-vide, est pratiquement impossible à étudier à l’aide des techniques de simulation courantes (e. G. Codes MHD, Vlasov, Fokker-Planck,. . . ). L’autre champ d’application est celui de la simulation des plasmas modérément ou fortement couplés qui concerne de nombreux plasmas de laboratoire, mais également des plasmas astrophysiques, tels, par exemple, la zone convective du Soleil. Dans les plasmas dits couplés, les collisions “binaires proches” entre charges ne peuvent pas être négligées. Or, les modèles numériques de type Fokker-Planck, très majoritairement utilisés pour simuler des plasmas faiblement collisionnels, n’en tiennent pas compte ce qui les rends inadéquats à ce type de plasma. La technique N-Corps, quant à elle, gère chaque particule individuellement et peut très bien décrire précisément les trajectoires de particules subissant ce genre de déviation violente
The N-Body plasma simulation consists in calculating the Coulomb interaction between N charged particles. We adapted an N-Body “tree code” algorithm, successfully used in the gravitational case, for the simulation of plasma. So far, we have found two main applications which suits this technique particularly well. First, the expansion of a plasma into vacuum. In this kind of simulations, densities of very different order of magnitude have to interact. Some areas can have an hydrodynamic behavior whereas some others are filled by energetic particles following ballistic trajectories. Problems which take into account plasma-vacuum interface are almost impossible to study with common simulation techniques ( Vlasov, Fokker-Planck). The other application consists in simulating moderatly or strongly coupled plasma. It deals with many laboratory plasmas as well as astrophysical plasmas such as the convective zone of the sun. In coupled plasmas, close collisions between charges can not be neglected as it is done in most of the other simulation techniques. The N-Body technique allows the accurate description of the trajectory of each single particle and thus to take into account the strong deviations

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Cozzani, Giulia. "Microphysics of magnetic reconnection in near-Earth space : spacecraft observations and numerical simulations." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLX053/document.

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Abstract:

La reconnexion magnétique est un processus fondamental de conversion d'énergie qui se produit dans les plasmas spatiaux ainsi que dans les plasmas de laboratoire. La reconnexion a lieu dans des couches de courant très fines et a comme conséquence la reconfiguration de la topologie magnétique et la conversion d'énergie magnétique dans l'accélération et le réchauffement des particules. Actuellement, le rôle de la reconnexion magnétique est reconnue comme un processus majeur dans l’environnement Soleil-Terre, depuis la couronne solaire jusque dans vent solaire, dans la magnétogaine ainsi qu'à la magnétopause et dans la queue magnétique. La reconnexion se déclenche dans la région de diffusion électronique. Dans cette région, les électrons se démagnétisent et sont accélérés par les champs électriques de reconnexion. Malgré les progrès déterminants dans la compréhension du processus de la reconnexion magnétique qui ont été accomplis grâce à l'utilisation des mesures in-situ en synergie avec les simulations numériques, la physique de la région de diffusion aux échelles électroniques est encore largement inconnue. Ce n'est que dans les dernières années, avec le lancement de la mission Magnetospheric MultiScale (MMS) et l'impressionnant augmentation des capacités de calcul des superordinateurs, que la dynamique de la région de diffusion électronique a commencée à être comprise. Une des questions fondamentales - qui reste encore sans réponse - est de comprendre si la structure de la région de diffusion électronique est homogène ou hétérogène aux échelles électroniques et même au-dessous de ces échelles.La finalité de ma recherche est d’avancer dans la compréhension de la structure de la région de diffusion des électrons avec deux approches diffèrent : les observations par satellites et simulations numériques complètement cinétique de type Vlasov.La première partie de ce mémoire présente les observations issus des satellites MMS en traversant la magnétopause en proximité du point sub-solaire et avec une séparation très petite entre les satellites ($sim 6$ km) i.e. comparable à la longueur d'inertie des électrons $d_e sim 2$ km.L’analyse des donnée montre que la région de diffusion électronique n'est pas homogène en terme de courant électrique et de champ électrique aux échelles électroniques et que la distribution spatiale de la conversion d'énergie est irrégulière aux échelles électroniques. Ces observations indiquent que la structure de la région de diffusion électronique peut être bien plus compliquée que ce qu'indiquent des études expérimentales antérieures et les simulations numériques de type PIC.La présente analyse des données MMS a souligné la nécessité de réaliser des simulations avec une résolution spatiale plus élevée et un bruit numérique négligeable - en particulier pour le champ électrique - pour progresser dans la compréhension des processus cinétiques qui interviennent aux échelles électroniques. En poursuivant cette motivation, la deuxième partie du mémoire est consacrée à l'étude de la région de diffusion électronique en utilisant un nouveaux modèle Eulérien Vlasov-Darwin complètement cinétique qui nous avons implémenté dans le code numérique ViDA. Le code ViDA a été spécifiquement conçu pour perfectionner notre compréhension de la dynamique des plasmas non collisionnels aux échelles cinétiques en donnant accès aux détails de la fonction de distribution électronique dans l’espace de phase. Une première partie est consacrée aux tests du code avec une simulation 2D de la reconnexion magnétique symétrique. Les données de simulation avec bruit négligeable ont été utilisées par la suite pour étudier la contribution des différents termes qui forment la loi d’Ohm dans la région de diffusion électronique. Nous avons traité en particulier la contribution du terme d’inertie électronique qui est responsable de la démagnétisation des électrons
Magnetic reconnection is a fundamental energy conversion process occurring in space and laboratory plasmas. Reconnection takes place in thin current sheets leading to thereconfiguration of magnetic field topology and to conversion of magnetic energy into acceleration and heating of particles. Today reconnection is recognized to play a key role in the Earth-solar environment, from the solar corona to the solar wind, to magnetosheath, at the Earth's magnetopause, and in the magnetotail. Reconnection is initiated in the Electron Diffusion Region (EDR), where electrons decouple from the magnetic field and are energized by electric fields. Despite the very significant advances that have been made in the understanding of the magnetic reconnection process by means of in-situ measurements (notably provided by the Cluster mission) and by numerical simulations, the small electron scale physics of the dissipation region remains basically unsolved.It is only in the last years, with the launch of the Magnetospheric MultiScale mission (MMS) together with the recent impressive increasing of computational capabilities of supercomputers, that the dynamics of the Electron Diffusion Region has started to be enlightened. One of the key, yet still open questions, is whether the EDR has a preferred homogeneous or inhomogeneous structure at electron scales and below.The purpose of this Thesis is to advance in the understanding of the structure of the Electron Diffusion Region using two different approaches, notably MMS spacecraft observations and kinetic full Vlasov simulations. The first part presents MMS observations of an EDR encounter at the subsolar magnetopause when the four MMS probes were located at the smallest interspacecraft separationof $sim 6 $ km, which is comparable to a few electron inertial length ($d_e sim 2$ km).We find that the EDR is rather inhomogeneous at electron scales in terms of current density and electric field which appear to be different at different spacecraft. In addition, the pattern of the energy conversion is patchy, showing that the structure of the EDR at the magnetopause can be much more complex than it has been found in other MMS events and than it is usually depicted by kinetic PIC simulations.Our MMS data analysis has pointed out the need of simulations with better spatial resolution and low noise on the electron scales, in particular on the electric field, in order to better understand the kinetic physics at play at electron scales. Following this motivation, the second part of the Thesis aims at studying the EDR by using a novel fully-kinetic Eulerian Vlasov-Darwin model which we have implemented in the numerical ViDA code.The ViDA code is specifically designed to improve our understanding of the kinetic dynamics of collisionless plasma at electron scales by giving access to the fine phase space details of the electron distribution function. A first part is devoted to the testing of the code by performing 2D symmetric magnetic reconnection simulations. Then, low-noise simulation data have been used to investigate the contribution of the different terms in the Ohm's law in the EDR, focusing on the contribution of the electron inertia term which is responsible for the decoupling of the electron dynamics from the magnetic field

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Belmouaddine, Hakim. "Physique, chimie et biologie de la filamentation d’impulsions laser femtosecondes en solutions aqueuses." Thèse, Université de Sherbrooke, 2017. http://hdl.handle.net/11143/11220.

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Abstract:

La propagation d’une impulsion laser femtoseconde dans un milieu condensé trans- parent tel que l’eau conduit, dans les conditions appropriées, à la manifestation de phénomènes d’optiques non linéaires regroupés sous le terme de filamentation laser. Le faisceau laser correspondant voit alors sa propagation métamorphosée sous la forme de filaments de lumière intense. Au coeur de ces filaments, l’irradiance considérable provoque l’ionisation des atomes du milieu et la génération de plasmas. Produit de manière spontanée et auto-régulée, ces plasmas ont la particularité de combiner une densité importante d’événements d’ionisation avec des effets thermo-mécaniques minimisés. Leurs propriétés intrinsèques font de ces plasma une source d’ionisation singulière tout particulièrement en ce qui concerne les sciences qui s’intéressent à l’étude des effets des radiations ionisantes. Entre autres, les sciences des radiations étudient la physique, la chimie et la biologie de l’action des rayonnements ionisants sur des systèmes d’intérêt biologique. Dans ce contexte, cette dissertation s’intéresse à la filamentation d’impulsions laser femtosecondes proches infrarouges en solution aqueuse. L’eau représentant la compo- sante majeure des systèmes d’intérêt biologique, une solution aqueuse constitue une approximation satisfaisante d’un échantillon biologique plus concret. Tout d’abord, l’étude de la physique de la filamentation laser a permis de mieux appréhender l’interaction des impulsions assujetties au processus de filamentation dans l’eau, primordiale pour l’identification des conditions d’irradiation propices à une meilleure maîtrise des conséquences de la génération des plasmas photo-induits. Les effets d’un rayonnement ionisant en solution aqueuse sont notamment véhiculés au travers de la chimie déclenchée par l’ionisation de l’eau, qui implique une interaction entre les espèces réactives produites et les solutés dilués en solutions. L’étude des conséquences de l’irradiation laser sur des solutés inorganiques a permis d’élucider la nature de cette chimie sous rayonnements. De surcroît, il a été démontré comment la malléabilité qu’offre l’utilisation d’un laser se répercute sur la capacité à moduler les conséquences de l’irradiation. Enfin, l’étude a été étendue à l’irradiation de molécules d’ADN diluées en solution aqueuse. L’analyse détaillée des dommages occasionnés à l’ADN a permis de mettre en exergue la présence de lésions complexes caractéristiques d’une irradiation par un faisceau intense de rayonnements ionisants.
Abstract : The present study is part in a new framework in radiobiology, introduced a decade ago: femtosecond laser-induced "cold" low density plasmas for the highly localized deposition of energy at sub-cellular scales in systems of biological interest. Since in aqueous solutions the action of such plasmas is equivalent to the deposition of a dose by ionizing radiation, plasma-mediated effects on solutes involve the radiation chemistry of water. This chemistry corresponds to the interaction of solutes with radical oxygen species as well as with secondary low energy electrons, produced by the plasma. Here, to better understand the radiation chemistry underlying the generation of low density plasmas in aqueous environments, we harnessed the multi-filamentation of powerful femtosecond laser pulses as a way to achieve a self-regulated production of spatially homogeneous low density plasma foci in water. The "cold" low density plasma micro-channels generated by the filamentation of the femtosecond laser pulses in aqueous solutions constitute a source of dense ionization. We studied the femtosecond laser filamentation in inorganic solutions to account for the radiation-assisted chemistry triggered by laser ionization in aqueous environment. We highlighted that the trivial optical control of the spatio-temporal distribution of light filaments in the irradiated sample resulted in the modulation of the corresponding radical chemistry. We concluded that these spatially and temporally resolved plasmas could be developed as a tool for the unprecedented control of chemistry under ionizing radiation. The addition of a spatial light modulator to control the filamentation process improves significantly our control on the spatio-temporal distribution of the laser-induced plasma channels. From a bundle of entangled random low density plasma channels, usually produced by the non-linear propagation of the powerful laser beam, we were able to obtain a programmable matrix of mono-filaments to achieve a more pervasive and homogeneous energy deposition. This method of irradiation allowed us to perform a detailed analysis to determine, quantify and compare the consequences of the laser irradiation with those of a conventional source of ionizing radiation (Gamma-Rays) on organic molecules (e.g. DNA) desolved in aqueous solutions. We showed that each filament behaves as an independent intense micro beam of ionizing radiation, that is capable of inducing complex DNA damage. We believe that a better understanding of the laser-induced plasma-mediated effects in aqueous solutions of biological interest will further the adoption of such laser-based ionisation sources, and that this unorthodox approach to radiation sciences will open new fields of investigation at the frontiers of radiation and laser-driven chemistry. Moreover, one of the principal conclusions of this thesis argues in favour of a shift of paradigm in radiation sciences, shuch that the consequences of ionising radiation would not only be considered for their injurious effects but also for the fine modulation of the functions of systems of biological interest. This sentiment paves the way for new emerging techniques and applications in biomedical fields.

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Ben-Aïm, Laurence. "Applications des methodes particulaires en mecanique des fluides et en physique des plasmas." Paris 6, 1988. http://www.theses.fr/1988PA066060.

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Abstract:

Etude des possibilites numeriques offertes par les methodes particulaires. La methode repose sur la possibilite de recreer l'evolution d'une quantite (continue) a partir de mouvements ponctuels. Application aux problemes d'ecoulement en mecanique des fluides et a celui du mouvement des electrons dans un plasma soumis a une difference de potentiel

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Goryaev, Farid. "Développement et étude d'une méthode self-consistante permettant, d'une part, de valider des données atomiques par comparaison avec des spectres émis par le plasma du Tokamak TEXTOR et, d'autre part, de faire des diagnostics précis de paramètres du plasma." Paris 11, 2003. http://www.theses.fr/2003PA112286.

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Abstract:

Pour des plasmas de paramètres physique très différents, les méthodes d'analyse spectroscopique sont les plus universellement utilisées. L'étude des spectres d'émission X des ions multichargés permet d'obtenir des informations tant sur les processus atomiques élémentaires se produisant dans les plasmas, que sur les paramètres physiques di plasma. La validité des diagnostics spectroscopiques utilisés dépend: (1), du nombre de processus élémentaires inclus dans le modèle pour simuler le spectre; (2), de la fiabilité et de la précision des calculs des données atomiques et; (3), du modèle de plasma émettant, basé sur les équations de cinétique: atomique et de dynamique du plasma. Une reproduction théorique des spectres d'émission des ions multichargés est généralement un problème assez compliqué. Un des moments cruciaux est le calculs des nombreuses données atomiques. Pour les ions multichargés de z>10, il n'y a que très peu de mesures directes des caractéristiques collisionnelles et radiatives nécessaires pour le calcul et l'interprétation des spectres d'émission X. Les seules sources d'informations, tant sur les processus binaires, que sur les processus hydrodynamiques sont donc les spectres observés des plasmas obtenus sur les machines de type EBIT et les Tokamaks. Les source-plasmas EBIT sont déjà utilisées pour les mesures et les vérifications des méthodes de calculs de sections efficaces de collision électron-ion, les durées de vie des états excités des ions et les longueurs d'onde. Tandis que, pour les Tokamaks, la question de l'utilisation des méthodes de spectroscopie X pour la vérification de la précision des caractéristiques atomiques dans les plasmas de Tokamaks n'a presque pas encore été considérée et discutée jusqu'à présent. Cette thèse est consacrée au développement et à l'étude d'une méthode self-consistante permettant d'une part de valider des données atomiques par comparaison à des spectres émis par le plasma du Tokamaks TEXTOR et, d'autre part, de faire les diagnostics de paramètres de plasma précis
For different plasma physical parameters, spectroscopic analysis methods are the most universally employed. The study of X-ray emission spectra enables one to obtain informations on the elementary atomic processes occuring in plasmas, as well as on the plasma physical parameters. The validity of spectroscopic diagnostics depends on: (1), the number of elementary processes included in the model to simulate the spectra: (2), on the accuracy and precision of atomic data computations; (3), the emitting plasma model, based on atomic kinetics equations and plasma dynamics. In general, a theoretical simulation of the emission spectra of multiply charged ions is a complex problem. One of the crucial moment is the calculation of numerous atomic data. For multiply charged ions, z > 10, there are only a few direct measurements of collisional parameters and radiative data, required for the computation and interpretation of the X-ray emission spectra. The only information sources, on binary processes, as well as on hydrodynamic processes are the observed plasma spectra on devices of EBIT type and Tokamaks. The EBIT plasma-sources are already used for measurements and verifications of numerical codes for electron-ion collision cross-sections, and for life time of excited atomic states and wavelengths. But for Tokamaks, until now, the question is still not under consideration for X-ray spectroscopic methods. This thesis is dedicated to the development and the study of a self-consistent method to validate atomic data by comparisons with emitted spectra from TEXTOR tokamak, and to give precise plasma parameter diagnostics

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Féraudy, Hervé de. "Etude des proprietes d'anisotropie et d'inhomogeneite des champs d'ondes electrostatiques rayonnees dans les magnetoplasmas chauds : applications au diagnostic des plasmas spatiaux et de laboratoire, au moyen d'experiences d'ondes actives." Paris 6, 1987. http://www.theses.fr/1987PA066165.

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Abstract:

Utilisation de la structure spatiale des champs d'ondes rayonnes dans les magnetoplasmas chauds pour determiner certains parametres du plasma: vitesse de derive transversale au champ magnetique statique dans les plasmas spatiaux, temperature electronique pour les plasmas spatiaux et de laboratoire. Les ondes emises aux frequences de resonance f::(qn) des modes de bernstein peuvent accompagner le satellite emetteur, dans ce cas un examen de la reponse en frequence du plasma permet d'estimer la vitesse de derive du plasma; les proprietes de directivite des signaux recus permettent de distinguer les cas d'accompagnement

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Meunier, Claude. "Quelques problèmes non-linéaires en hydrodynamique et en physique des plasmas : théorèmes de moyennisation et théorèmes adiabatiques." Paris 6, 1986. http://www.theses.fr/1986PA066126.

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Etude de l'intermittence, un type de transition vers la turbulence rencontre en convection et dans la réaction de Belousov-Zhabotinsky. La mesure invariante dépend continument du paramètre de bifurcation. Etude d'un modèle de couplage résonnant d'ondes de dérivé dans une limite de dissipation forte par des méthodes perturbatives et l'utilisation du théorème de la variété stable. Etude de la génération périodique de solitons dans l'équation de Schrödinger cubique avec source. Travail de synthèse sur les méthodes de moyennisation et les théorèmes adiabatiques.

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Viala, Diego. "Étude de la physique de l'allumage par choc." Electronic Thesis or Diss., Bordeaux, 2024. http://www.theses.fr/2024BORD0127.

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Abstract:

Une décennie d'expériences au "National Ignition Facility" a démontré que la fusion par confinement inertiel constitue une approche crédible pour la production d'énergie, avec des résultats allant au-delà du régime d'allumage. Cependant, l'approche par attaque indirecte se révèle inadéquate pour les implosions à gain élevé et une production d'énergie fiable. L'option d'allumage par attaque directe est privilégiée en raison de ses conceptions de cible plus simples et de son meilleur couplage énergétique. Actuellement, aucune installation laser à l'échelle d'allumage n'est configurée selon l'approche directe standard, posant ainsi un défi à relever. Les expériences intégrées d'allumage par attaque directe se sont principalement concentrées sur la compréhension de la physique à des échelles réduites, dans le but ultime de démontrer la nécessité et la faisabilité de construire une installation laser internationale dédiée à l'attaque directe.Ce manuscrit de thèse présente une étude approfondie sur la validation de codes d'hydrodynamique radiative 3D à l'état de l'art, ainsi que sur la compréhension des bas modes d'éclairement laser et du couplage laser-cible, jouant un rôle crucial dans la fusion par confinement inertiel. L'examen attentif des modèles de CBET revêt une importance capitale dans ce contexte, assurant la précision des simulations et contribuant à la conception des futures installations à attaque directe. De plus, l'investigation de l'homogénéité du laser sur la cible est impérative pour appréhender son impact global sur le système
A decade of experiments at the National Ignition Facility has proven that inertial confinement fusion is a credible approach to energy production, with experiments having exceeded the ignition regime. However, the indirect-drive approach is not suited for high gain implosions and reliable energy production. The direct-drive ignition approach is favoured for energy production as it features simpler target designs and couples more energy to them. There are currently no ignition-scale laser facilities configured for the standard direct-drive approach. Integrated direct-drive experiments have mostly been focused on understanding the physics at reduced scales, with the ultimate goal of demonstration of necessity and feasibility of construction of an international direct-drive laser facility.This thesis manuscript presents a study on the validation of state-of-the-art 3D radiative hydrodynamics codes and the understanding of low modes and laser coupling which play crucial roles in the study of inertial fusion energy. Careful examination of CBET models is of paramount importance in this context, ensuring the accuracy of simulations and contributing to the design of future direct-drive facilities. In addition, the investigation of laser homogeneity on target is imperative to understand its overall impact on the system

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Depierreux, Sylvie. "Etude de la saturation de la diffusion raman stimulee par la decomposition des ondes plasma electroniques." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2000. http://www.theses.fr/2000EPXX0026.

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Cette these porte sur l'etude experimentale des mecanismes de saturation de la diffusion raman stimulee par decomposition secondaire de l'onde plasma electronique primaire. Deux instabilites secondaires sont possibles pour l'onde plasma primaire : les instabilites de decomposition de langmuir et electromagnetique. Les produits de la decomposition sont une onde acoustique ionique dans les deux cas, la deuxieme onde etant une onde plasma electronique ou une onde electromagnetique. Une experience a ete concue et realisee qui demontre l'existence de l'instabilite de decomposition de langmuir de l'onde plasma electronique stimulee par l'instabilite raman. Les deux produits de la decomposition ont ete observes et identifies a l'aide de diagnostics de diffusion thomson resolue en temps, en espace, en longueur d'onde et en vecteur d'onde. Par contre, aucun signal associe a la decomposition electromagnetique n'a ete detecte dans cette experience. L'onde acoustique ionique issue de la decomposition de langmuir de l'onde plasma electronique secondaire a pu etre observee ce qui represente la premiere manifestation experimentale du mecanisme de cascade prevu par les simulations numeriques. Les etapes suivantes de la cascade ont ete observees experimentalement par la mise au point d'un diagnostic de mesure directe du spectre en vecteur d'onde des ondes plasma electroniques. Dans cette experience, le faisceau d'interaction est lisse par une lame de phase aleatoire ou par double polarisation, deux techniques qui produisent une repartition d'intensite dans la tache focale parfaitement decrite statistiquement. Par ailleurs, les parametres du plasma ont ete mesures par diffusion thomson thermique. Les mesures ainsi realisees dans des conditions d'interaction completement maitrisees fournissent une base de donnees particulierement pertinente pour le developpement des simulations numeriques.

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Sary, Gaétan. "Modélisation d'une cathode creuse pour propulseur à plasma." Thesis, Toulouse 3, 2016. http://www.theses.fr/2016TOU30182/document.

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Abstract:

La cathode creuse est un élément clef des propulseurs à plasma. Dans un propulseur à plasma, un gaz propulsif est ionisé dans un canal de décharge puis accéléré hors de celui-ci afin de créer la poussée. Dans le propulseur de Hall en particulier, l'ionisation du gaz est provoquée par l'injection dans le canal de décharge d'un intense courant électronique (de quelques ampères à plus d'une centaine d'ampères). L'élément chargé de fournir le courant électronique de la décharge, la cathode creuse, est crucial dans le fonctionnement du propulseur. Or, celle-ci est souvent idéalisée dans les modèles de propulseur et n'est que rarement étudiée pour sa physique propre. Pourtant, le développement de propulseurs de Hall de haute puissance, destinés à terme à équiper l'ensemble des missions spatiales, requiert la mise au point de cathodes capable de délivrer un fort courant (jusqu'à plus de 100 A) sur des durées de l'ordre de la dizaine de milliers d'heures. Or, la mise au point de nouvelles cathodes s'est révélée difficile en raison de l'absence de modèle susceptible de prédire a priori les performances d'une cathode en fonction de sa conception. On se propose ici de mettre en place un modèle prédictif de cathode creuse capable de retranscrire la physique du fonctionnement de la cathode. L'objectif in fine est bien sûr d'utiliser ce modèle afin de faire le lien entre la conception de la cathode et son fonctionnement dans le but de guider le développement de futures cathodes. On présentera tout d'abord brièvement le contexte d'application des cathodes creuses, et on donnera un rapide aperçu du principe de fonctionnement global de la cathode. Ensuite, après avoir effectué un tour d'horizon des différents modèles numériques de cathode creuse préexistants dans la littérature, on détaillera le modèle de la cathode développé ici, qui incorpore une description fluide du plasma, ainsi que des transferts thermiques aux parois, qui conditionnent en grande partie le bon fonctionnement de la cathode. Un soin particulier sera apporté à la validation des résultats de simulation vis-à-vis des mesures expérimentales disponibles dans la littérature, ce qui nous permettra de perfectionner certains points du modèle afin de mieux traduire la réalité physique. En particulier, une modélisation spécifique de la région de transition entre la décharge interne de la cathode et la plume du propulseur sera réalisée. Ce modèle permettra de mettre en évidence certains phénomènes d'instabilité du plasma spécifiques de cette décharge, qui ont été jusqu'ici observés expérimentalement mais jamais pleinement intégrés aux modèles de cathode creuse. A l'aide du modèle validé, on procèdera à l'analyse physique de l'ensemble des phénomènes qui gouvernent le fonctionnement d'une cathode particulière, la cathode NSTAR développée par la NASA au Jet Propulsion Laboratory. Ensuite, on s'appuiera sur le modèle numérique pour comprendre l'impact sur le fonctionnement de la cathode des choix de conception au travers d'une étude paramétrique autour de la cathode NSTAR. Les tendances dégagées nous permettront de formuler des recommandations quant au développement de cathodes de haute puissance. Enfin, dans le but d'illustrer la versatilité du modèle développé, le comportement d'une cathode creuse employant une géométrie alternative à la cathode NSTAR sera également présenté
A hollow cathode is a critical component of plasma thrusters. In a plasma thruster, a propellant gas is ionized in a discharge chamber and accelerated out of it so as to generate thrust. In Hall thrusters in particular, the ionization of the gas is caused by an intense electron current (from a few to hundred amps) which flows through the discharge chamber. The hollow cathode is the device which is responsible for providing the discharge current. This key element is often idealized in thruster numerical models and its physical behavior is rarely studied for its own sake. Yet, developing high power Hall thrusters, designed to propel in the long run every type of space mission, requires new hollow cathodes able to supply an intense electron current (over 100 A) over a duration on the order of ten thousand hours. So far, designing new cathodes proved difficult because of the lack of model capable of predicting the performance of a cathode based on its design. In this work, we build up a predictive model of a hollow cathode capable of simulating the physics relevant to the operation of the cathode. In the end, we aim at using this model to associate design characteristics of the cathode to key aspects of the cathode performance during operation. Our goal with this model is to guide the development of future high power hollow cathodes. We will first briefly describe the range of application of hollow cathodes related to space propulsion. Then we will give a brief account of the working principles of the cathode and we will set the numerical models available in the literature prior to this one out. The numerical model developed in this work will then be described. It includes a fluid treatment of the plasma as well as an account of the heat fluxes to the walls which largely control the performance of the cathode. Simulation results will be thoroughly compared to experimental measurements available in the literature and specific aspects of the model will be refined to match up simulation results with the physical reality. For instance, a model that specifically represents the transition region between the internal plasma of the cathode and the plume of the cathode will be described. This model will enable us to highlight plasma instability phenomena which were so far observed experimentally, yet never properly included in hollow cathode models. Using the model just developed, we will analyze the physics of a particular hollow cathode which has been developed by NASA at the Jet Propulsion Laboratory, the NSTAR hollow cathode. Then, thanks to the numerical model, we will be able to carry out a parametric study revolving around the design of the NSTAR cathode. This will allow us to bring out the influence of the design on the cathode performance and we will eventually express recommendations regarding the design of future high power cathodes. To conclude, the versatility of the numerical model built up here will also be displayed through simulations of the behavior of a hollow cathode based on an alternate geometry

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Salou, Pierre. "Interaction ion‐surface : simulation de l'interaction plasma‐paroi (ITER)." Phd thesis, Université de Caen, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00915747.

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Abstract:

Les matériaux de couverture des réacteurs à fusion nucléaire par confinement magnétique subissent un environnement agressif ; le flux intense de particules extraites du plasma attaque les parois du réacteur, engendrant la pulvérisation de la matière en surface. Cette pulvérisation est à l'origine de l'érosion des parois mais aussi de la pollution du plasma, ainsi, afin de maitriser la réaction de fusion dans des réacteurs de plus en plus complexes, il est impératif de bien comprendre les phénomènes d'interaction plasma-paroi. Cette thèse a pour but l'étude de la pulvérisation des matériaux des réacteurs de fusion nucléaire (carbone et tungstène), pour cela nous proposons de simuler le flux de particules chargées du plasma par des faisceaux d'ions monochargés d'énergies inférieures à la dizaine de keV. Cette étude est basée sur la méthode du collecteur, aussi afin de s'affranchir des problèmes liés aux polluants (notamment pour l'étude du carbone), nous avons conçu et réalisé un nouveau dispositif permettant l'analyse des collecteurs in situ par spectroscopie des électrons Auger. Les résultats obtenus donnent accès à l'évolution de la distribution angulaire en fonction des paramètres d'irradiation comme la masse du projectile (de hélium au xénon) ou l'énergie (de 3 keV à 9 keV).

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Pizarro, Torres Francisco. "Potentialités d’un plasma hors-équilibre localisé pour la réalisation d’antennes imprimées reconfigurables ou autolimitantes." Thesis, Toulouse, ISAE, 2013. http://www.theses.fr/2013ESAE0048/document.

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Abstract:

Le plasma est un gaz ionisé qui possède des caractéristiques physiques intéressantes dans le domaine des hyperfréquences. En simplifiant, on peut le caractériser comme un milieu diélectrique dispersif dont la permittivité est fonction de deux paramètres : la pulsation plasma (wp) et la fréquence de collision électron-neutre (Vp). En pratique, ces paramètres dépendent principalement de la densité électronique du gaz et de sa pression. Ainsi, en contrôlant les caractéristiques du plasma, on contrôle sa permittivité diélectrique, ce qui permet d’envisager son application dans le domaine de la reconfigurabilité en hyperfréquence.Parmi les topologies pouvant générer une décharge plasma, nous nous sommes focalisés sur l’utilisation de topologies récentes, à savoir les microdécharges plasma. Ces microdécharges sont intéressantes de par leur facilité d’intégration dans un dispositif RF : petite taille, stabilité, température proche de la température ambiante et perspectives d’utilisation à plus haute pression, voire à la pression atmosphérique.Devant la difficulté de modéliser précisément l’effet du plasma sur une onde guidée, une approche expérimentale a été privilégiée. Deux dispositifs de mesure ont ainsi été conçus pour caractériser cette interaction : une ligne de transmission microruban classique et une inversée intégrant une microdécharge en leurs centres. Grâce au protocole expérimental mis en œuvre, les paramètres S de la ligne de transmission sont obtenus et comparés à ceux des lignes sans plasma dans une large gamme paramétrique, qu’il s’agisse de la pression du gaz, de la fréquence ou encore du courant injecté à la décharge. Les résultats obtenus montrent deux phénomènes particulièrement intéressants: un déphasage de l’onde électromagnétique en présence de la décharge plasma et / ou une absorption importante de la puissance par la décharge.Deux dispositifs antennaires ont finalement été conçus en exploitant ces résultats. Le premier est une antenne imprimée accordable en fréquence dans une plage de l’ordre du pourcent, grâce à une décharge plasma contrôlée.Le plasma modifie alors la constante diélectrique entre les deux conducteurs constitutifs de l’antenne. Le second dispositif est une antenne anneau imprimée qui peut protéger son récepteur d’une attaque microondes de forte puissance. Ainsi, lorsqu’un champ incident dépasse un seuil prédéfini, réglable dans une certaine mesure par une tension continue externe, une décharge plasma apparaît au sein de l’élément rayonnant. Elle crée alors de la désadaptation et de l’absorption qui limitent de façon non linéaire la puissance restituée à l’accès
Plasma is an ionized gas with physical characteristics that are of interest to the microwave domain. To simplify, we can characterize it as a dispersive medium whose dielectric permittivity depends on two parameters :the plasma pulsation wp and the electron-neutral collision frequency Vp. These two parameters depend mainly on the electron density of the gas and its pressure. If we can control the characteristics of the plasma, we can also control its dielectric permittivity, which allows us to consider the plasma for applications in the field of microwave reconfigurability.Among the structures that can generate a plasma discharge, we have focused on the use of recent topologies,known as plasma microdischarges. These microdischarges are of interest because of the possibility of easily integrating them into a RF device : small size, stability, temperature near room temperature and potential use at high pressures, including at atmospheric pressure.Given the difficulties in accurately modelling the effects of the plasma on a guided wave, an experimental approachwas preferred. Two measuring devices have been designed to characterize this interaction : a conventional microstrip transmission line and an inverted microstrip transmisison line, both including a microdischarge in their centers. With this experimental characterization, the S-parameters of the transmission line with the plasma are obtained and compared to those without plasma as a function of a wide range of parameters, such as gas pressure,frequency and current injected into the discharge.The results show two particularly interesting phenomena : a phase shift of the electromagnetic wave in presence of the plasma discharge and/or an important absorption of the incident power by the discharge. Two devices have been designed to exploit these results. The first is a frequency tunable microstrip patch antenna over a range of the order of one percent. In that case, the plasma changes the dielectric constant between the two conductors of the antenna. The second is a microstrip ring patch antenna that can protect the receiver from a high-power microwave (HPM) attack. When an incident electric field exceeds an adjustable preset threshold (tuned by an external DCvoltage source), a plasma discharge appears in the radiating element. The plasma then creates a mismatch and an absorption effect that limits, in a non-linear way, the received power at its input

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Salou, Pierre. "Interaction ion-surface : simulation de l’interaction plasma-paroi (ITER)." Caen, 2013. http://www.theses.fr/2013CAEN2035.

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Abstract:

Les matériaux de couverture des réacteurs à fusion nucléaire par confinement magnétique subissent un environnement agressif ; le flux intense de particules extraites du plasma attaque les parois du réacteur, engendrant la pulvérisation de la matière en surface. Cette pulvérisation est à l’origine de l’érosion des parois mais aussi de la pollution du plasma, ainsi, afin de maitriser la réaction de fusion dans des réacteurs de plus en plus complexes, il est impératif de bien comprendre les phénomènes d’interaction plasma-paroi. Cette thèse a pour but l’étude de la pulvérisation des matériaux des réacteurs de fusion nucléaire (carbone et tungstène), pour cela nous proposons de simuler le flux de particules chargées du plasma par des faisceaux d'ions monochargés d'énergies inférieures à la dizaine de keV. Cette étude est basée sur la méthode du collecteur, aussi afin de s'affranchir des problèmes liés aux polluants (notamment pour l'étude du carbone), nous avons conçu et réalisé un nouveau dispositif permettant l'analyse des collecteurs in situ par spectroscopie des électrons Auger. Les résultats obtenus donnent accès à l'évolution de la distribution angulaire en fonction des paramètres d'irradiation comme la masse du projectile (de hélium au xénon) ou l'énergie (de 3 keV à 9 keV)
The wall materials of magnetic confinement in fusion machines are exposed to an aggressive environment; the reactor blanket is bombarded with a high flux of particles extracted from the plasma, leading to the sputtering of surface material. This sputtering causes wall erosion as well as plasma contamination problems. In order to control fusion reactions in complex reactors, it is thus imperative to well understand the plasma-wall interactions. This work proposes the study of the sputtering of fusion relevant materials. We propose to simulate the charged particles influx by few keV single-charged ion beams. This study is based on the catcher method; to avoid any problem of pollution (especially in the case of carbon) we designed a new setup allowing an in situ Auger electron spectroscopy analysis. The results provide the evolution of the angular distribution of the sputtering yield as a function of the ion mass (from helium to xenon) and its energy (from 3 keV to 9 keV)

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Medvedeva, Anna. "Étude expérimentale de la turbulence au bord du plasma du tokamak ASDEX Upgrade par réflectométrie à balayage ultra rapide." Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0240/document.

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Abstract:

La turbulence au sein d’un plasma contribue de manière significative à l’augmentation du transport de l’énergie et des particules. Ce transport diminue la qualité de confinement du plasma réduisant la possibilité d’atteindre le seuil de fusion. Notre travail a consisté à étudier et à mesurer l’évolution des caractéristiques de la turbulence ainsi que son rôle durant la transition d’un mode à faible confinement (L-mode) à un mode de confinement amélioré (H-mode) des plasmas du tokamak ASDEX Upgrade. Nous avons, en particulier, étudié la phase de transition intermédiaire (I-phase) où la turbulence et le cisaillement des structures turbulentes par les flux interagissent. Une des théories prévoit que la turbulence au bord du plasma est stabilisée par des gradients de champs électriques radiaux: le cisaillement de flux E×B stabilise la turbulence et diminue la taille radiale des structures. Le mécanisme physique détaillé de la formation de la barrière de transport n’est pas encore bien compris. Afin d’étudier la dynamique radiale et temporelle de la transition L-H, nous nous sommes servis d’un réflectomètre à balayage en fréquence ultra-rapide. Durant nos campagnes expérimentales nous sommes parvenus à réduire ce temps de balayage à 1 μs. La dynamique de densité électronique, du niveau de turbulence et des spectres lors des transitions L-H ont été réalisées. Les mesures montrent que le niveau des fluctuations de grande échelle diminue après une transition L-H, ce qui confirme les prédictions théoriques. La I-phase a été documentée pour diverses conditions du plasma. Enfin, ces réflectomètres ont aussi permis l’observation de modes cohérents à haute fréquence au bord du plasma
Plasma confinement is limited by energy and particle transport, in which turbulence plays an important role. In this work the measurements of the turbulence characteristics carried out on the ASDEX Upgrade tokamak are presented during the transition from the Low (L) to the High (H) confinement mode which goes through an Intermediate (I) phase where turbulence and shear flows strongly interact. One of the most widely accepted theories concerning the L-H transition describes how the turbulence in the plasma edge is stabilized by radial electric field gradients: the E×B flow shear stabilizes turbulence and decreases the radial size of turbulent structures. As a consequence, a transport barrier forms in the edge where the plasma density, the temperature, and their gradients increase. The detailed physical mechanism of the formation of the transport barrier as well as the reason for the residual transport across this barrier are not yet well understood. The density dynamics is measured by an ultra-fast swept reflectometer with a time resolution as high as 1 μs. Studies of the electron density profile dynamics, the density turbulence level, radial wavenumber and frequency spectra during L-H transitions have been performed. The reflectometer measurements show that the density large scale fluctuations decrease after an L-H transition, which confirms the theoretical predictions of the turbulence reduction by sheared flows and supports previous experimental evidences. I-phases for various plasma conditions are documented and the density evolution is compared with the turbulence level. Moreover the results on high frequency coherent modes appearing at the plasma edge are presented

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Maheut, Yohann. "Etude expérimentale de la physique de l'allumage par choc dans le cadre de la fusion nucléaire par confinement inertiel." Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0202/document.

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Abstract:

L'allumage par choc est une approche récente à la fusion par confinement inertiel où les phases de compression et d'allumage par un choc fort sont séparées. Ce schéma est prometteur dans la mesure où il peut générer des gains élevés et être testée sur des installations laser existantes. Par ailleurs, il nécessite des vitesses d'implosions plus faibles permettant ainsi de comprimer une plus grande quantité de combustible et limitant l'impact des instabilités hydrodynamiques. Malgré tout, la physique liée à cette approche reste très largement inconnue surtout du point de vue expérimental. En effet, même si la phase de compression est dans un régime dit collisionnel bien connu (I<1014W=cm2), l'allumage fait intervenir un spike d'une intensité supérieure à 1015W=cm2, régime très fortement non-linéaire où apparaissent des instabilités paramétriques. Ces instabilités peuvent diminuer l'absorption et générer des électrons suprathermiques pouvant préchauffer le coeur de la cible et donc empêcher son allumage. Un deuxième problème est la possibilité de générer un choc fort en présence d'un plasma de couronne qui pourrait, entrer autre, détériorer le couplage laser-cible. Néanmoins, des considérations théoriques tendent à montrer que si on génère des électrons chauds modérément énergétiques (<100keV), non seulement ils ne sont pas dangereux vis-à-vis du préchauffage mais, en plus, ils peuvent améliorer le couplage en déposant leur énergie dans le front de choc et amplifier sa pression. Le travail réalisé dans cette thèse consiste à tester la possibilité de générer un choc fort dans les conditions de l'allumage par choc i.e. en présence d'un plasma de couronne mais aussi d'étudier l'effet des électrons chauds sur le choc en quantifiant leur énergie et leur abondance
Shock ignition is a novel approach for inertial confinement fusion where the compression and the ignition phases by a strong shock are separated. The scheme is promising to the extent that it can generate very high gains and can be tested on already existing lasers systems. In addition, this concept requires lower implosion velocities that allows for compressing more massive targets which limits the impact of hydrodynamic instabilities. However, the physic issues related to shock ignition are still largely unexplored especially experimentally. Indeed, even if the compression phase takes place in the well-known collisional regime (I<1014W=cm2), ignition requires a spike which intensity exceeds 1015W=cm2.This regime is strongly non-linear with the onset of parametric instabilities. These instabilities may decrease the absorption and can also generate suprathermal electrons that can preheat the central part of the fuel and make the compression less efficient. Another key issue is the capability of launching a strong shock in presence of a plasma corona which can deteriorate the laser-target coupling and produce lamentation. Nevertheless, theoretical considerations tend to show that if the energy of fast electrons is moderate (<100keV), they could improve the coupling, deposit their energy in the shock front and hence amplify it. The work presented in this thesis consists in testing these two issues : launching a strong shock in the conditions corresponding to shock ignition i.e. in presence of a plasma corona and study the effect of hot electrons on the shock strength by measuring their energy and their quantity

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Dissertations / Theses on the topic 'Physique du plasma'

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