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Univ. Paris-Saclay
Étude des plasmas à l’aide de codes détaillés

Cette branche de notre activité est de nature théorique et numérique. Elle concerne les plasmas peu denses — densité de l’ordre du 100e de celle du solide ou en-dessous — dans lesquels l’interaction entre ions peut être traitée comme une perturbation, voire totalement négligée. En revanche cette approche s’applique à des plasmas très chauds — températures caractéristiques entre le millier et le million de degrés Kelvin — dans lesquels les ions peuvent présenter plusieurs sous-couches ouvertes et les spectres d’absorption un très grand nombre de raies. L’objectif de cette approche est de décrire de manière fine la structure atomique et les taux de transition. Dans le cadre présent les effets de l’environnement plasma sont, s’ils sont pris en compte, traités de manière perturbative grâce à un terme phénoménologique ajouté au hamiltonien d’interaction électron-ion.


Une partie de cette ligne de recherche s’effectue par une approche complètement analytique. C’est le cas notamment de l’étude de l’effet d’un potentiel de sphère ionique dit « gaz d’électrons uniforme » sur les ions hydrogénoïdes. C’est aussi le cas de l’étude des moyennes en configuration de l’interaction spin-orbite, pour lesquelles nous avons développé des méthodes fondées sur l’expression explicite de ce potentiel et sur la seconde quantification. 
Cependant l’essentiel de cette activité s’effectue en utilisant des codes de structure atomique disponibles dans la littérature. Il s’agit notamment des codes de potentiel paramétrique HULLAC [BarShalom2001, Busquet2006] et FAC [Gu2008] qui sont bien adaptés à la description de plasmas fortement ionisés. Le code source est dans les deux cas disponible, ce qui permet au besoin de rajouter des effets nouveaux, tels que l’interaction via un potentiel de sphère ionique. Toutefois notre travail consiste la plupart du temps à écrire des post-processeurs qui permettent soit de calculer les spectres de plasmas à l’équilibre thermodynamique, soit de caractériser les propriétés de plasmas hors équilibre thermodynamique. Nous effectuons aussi des comparaisons avec le code hybride SCO-RCG développé en partie dans notre laboratoire et en partie au CEA-DAM [Porcherot2011]. Cette approche numérique décrite ci-dessus s’applique essentiellement à trois types d’études.


1.    Les expériences d’interaction laser-plasma effectuées sur des installations de classe kJ (LULI 2000) produisant des impulsions nanoseconde sont interprétées à l’aide de post-processeurs développés dans notre laboratoire. Ceux-ci sont fondés sur une hypothèse de plasma à l’équilibre thermodynamique local (ETL) et peu corrélé. 
2.    Nous développons des codes dits « collisionnels-radiatifs » pour étudier les plasmas peu denses et hors ETL, codes fondés sur les données produites par les suites HULLAC ou FAC. 
3.    Les effets liés à l’environnement plasma sont traités à l’aide d’un terme supplémentaire dans l’interaction électron-ion, de type « potentiel de sphère ionique », inclus dans le code FAC. Ce terme décrit l’effet d’écran associé aux électrons libres. Il est ainsi possible de calculer des déplacements de niveaux et des modifications de taux de transition ou collisionnels.


Pour en savoir plus :


Moyennes en configurations et faisceaux de transitions

Codes détaillés pour les plasmas ETL et HETL

Effets de l’environnement plasma

 

Références :

  • [BarShalom2001] A Bar-Shalom, M Klapisch, J Oreg, “HULLAC, an integrated computer package for atomic processes in plasmas”, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 71 169 (2001).
  • [Busquet2006] M Busquet, A Bar-Shalom, M Klapisch, “An improved version of the HULLAC code”, J. Phys. IV France 133 973 (2006).
  • [Gu2008] M F Gu, “The flexible atomic code”, Can. J. Phys. 86 675 (2008).
  • [Porcherot2011] Q Porcherot, J-C Pain, F Gilleron, T Blenski, “A consistent approach for mixed detailed and statistical calculation of opacities in hot plasmas”, High Energy Density Phys. 7 234 (2011).
     

 

 
#3037 - Màj : 29/11/2018

 

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