Physique des plasmas

18h C dont contrôle / 2 crédits ECTS

Jean-Marcel Rax (Gif)

Un plasma est un système physique formé d'électrons et d'ions en interaction collective. La physique des plasmas est une discipline en amont de trois grands programmes fondamentaux et appliqués : la fusion thermonucléaire, la physique spatiale et les procédés de traitements des matériaux et de contrôle de la pollution. Ce cours a pour objectif une présentation des concepts et méthodes de base de la physique des plasmas rencontrés dans les conditions astrophysiques et dans les réacteurs thermonucléaires et industriels. Pour ces plasmas la compréhension des phénomènes collectifs et de l'interaction champ-particules est essentielle. Ce cours vise donc à une maîtrise de la physique de ces interactions collectives et à une connaissance des principales structures électriques et magnétiques non-linéaires.

Échelles caractéristiques

Champs, particules, faisceaux de particules, gaz ionisés, plasmas. Échelles caractéristiques : longueur de Deybe, longueur de London, fréquence plasma, vitesse d'Alfven, fréquences cyclotron, rayon de Larmor, collisions, longueur de Landau.

Interaction champ-particules

Dérives et invariants : dérives électriques, dérives magnétiques, force pondéromotrice, invariants adiabatiques. Résonances et chaos : actions, angles, résonances. Collisions, sections Rutherford. Modes ioniques et électroniques.

Structures électriques non-linéaires

Fluides Euleriens. Mobilité, résistivité, diffusion, diffusion ambipolaire, écoulements de Child-Langmuir et de Brillouin, gaines et solitons ioniques. Éclatement électrique : conditions de Brillouin. Solitons acoustiques ioniques.

Structures magnétiques non-linéaires

Magnétohydrodynamique, diffusion magnétique, théorèmes d'Alfven, hélicité, équilibres magnétohydrodynamiques. Théorème de Woltjer. Collapse magnétique : conditions d'Alfven et Bennett.

Réacteurs thermonucléaires et industriels

Réacteur capacitif, réacteur inductif, réacteur micro-ondes. Confinement inertiel, confinement magnétique, concepts alternatifs, conversion directe d'énergie.