De l importance du rythme dans les plasmas de fusion Emmanuel d Humières Université de Bordeaux - IUF
Plan Introduction sur les plasmas Les plasmas de fusion Le rythme dans les plasmas de fusion Lien avec les plasmas astrophysiques Perspectives
Qu est ce qu un plasma? Un plasma est un gaz ionisé Un plasma est créé à partir d un gaz neutre par apport d énergie : champ électrique, chauffage, accroissement de la densité, faisceau de particules Un plasma se matérialise sous une très grande diversité d «objets» ou de «structures»
Un peu d histoire 1927 : Irving Langmuir (USA, prix Nobel de chimie 1932) utilise pour la première fois le terme plasma pour décrire un gaz ionisé. Découverte des ondes dans les plasmas. Développement de la radio : découverte de l ionosphère terrestre en 1925. 1940 : développement de la magnétohydrodynamique (MHD) par Hannes Alfvén (Suède, prix Nobel de physique 1970) pour décrire les plasmas astrophysiques.
Années 50 : études classifiées des plasmas de fusion. Développement de la bombe H. 1958 : découverte des ceintures de Van Allen Années 60 : développement des lasers de puissance et naissance de l interaction laser-plasma
Plasmas spatiaux
Plasmas de fusion Tokamak Tore Supra Plasma créé par confinement inertiel ITER
Plasmas froids Lampe à décharge (Osram) Dépôt sur des surfaces Micro-décharges
Ondes et instabilités dans les plasmas Rythme élevé pour les plasmas de fusion : du GHz (10 9 ) au PHz (10 15 ). Fréquences plasma : mouvements collectifs des électrons, des ions Fréquence cyclotron (importance du champ magnétique) Fréquence de collision Fréquence des ondes électromagnétiques
Comment trouver les différents modes qui peuvent se propager dans un plasma? Equations de Maxwell Ondes HF, radio + Equations de la dynamique des particules + Géométrie particulière du milieu Electrons Ions toutes Ondes BF, sonores Cours de L. Rezeau
Les plasmas de fusion : importance du confinement Confinement magnétique Tokamak, stellerator n 10 14 cm -3 et τ conf qq s Confinement inertiel Une force de compression est appliquée n 10 25 cm -3 et τ conf 10-11 s Confinement par la gravité étoiles
Fusion par confinement magnétique: évolution des Tokamaks en temps Schéma d un stellarateur
De nombreux faisceaux irradient la cible Les faisceaux laser irradient la cavité Les X émis irradient la cible Séparation de la compression et d allumage Préchauffage par électrons Uniformité de compression Efficacité médiocre Danger de la prolifération Physique mal connue Technologie nouvelle
March 2009 : 192 beams delivered 1.1 MJ in 3w
Importance du rythme pour la fusion par confinement magnétique Chauffage du plasma par des ondes radio haute fréquence. Des instabilités liées à un courant trop fort au centre du plasma par exemple (instabilité en dents de scies ) peuvent dégrader le confinement.
Importance du rythme pour la fusion par confinement inertiel Propagation des lasers et interactions avec le plasma D. Montgomery C. Riconda
Bases de l accélération d électrons dans le sillage créé par un laser intense Wake excitation Electron injection
Pulse duration of Laser Plasma Accelerators Compactness RF Cavity Plasma Cavity 1 m => 50 MeV Gain Electric field < 100 MV/m 1mm => 100 MeV Electric field > 100 GV/m V. Malka et al., Science 298, 1596 (2002) France - Japan joint workshop on High Energy Density Science Les Houches, France, January 10-14 (2011) http://loa.ensta.fr/ Courtesy of Victor Malka UMR 7639
Jets et chocs dans la nature
Les chocs sans collision en astrophysique peuvent Amplifier les champs magnétiques par l intermédiaire d instabilités de filamentation Accélérer des particules à haute énergie Produire des rayonnements à haute énergie 20
Perspectives La fusion pour l énergie Accélérateur de particules par laser compacts pour la médecine Physique exotique à ultra haute intensité laser Une meilleure compréhension de certains phénomènes astrophysiques en laboratoire Physique attoseconde (10-18 s) Nouvelles sources de rayonnement