CONTRIBUTION A LA SIMULATION NUMERIQUE DES INSTABILITES PARAMETRIQUES ELECTRONIQUES DANS L'INTERACTION LASER-PLASMA A HAUT-FLUX PDF Download
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Author: MARIE-LINE.. BEGUE
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Languages : fr
Pages : 314
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DANS LES REACTIONS DE FUSION THERMONUCLEAIRE, IL EST NECESSAIRE D'AMENER LA MATIERE (UN GAZ DE DEUTERIUM ET DE TRITIUM) A DES CENTAINES DE MILLIONS DE DEGRES. ON FORME AINSI UN PLASMA ENTIEREMENT CONSTITUE DE PARTICULES IONISEES QUE L'ON DOIT ENSUITE CONFINER. POUR CE FAIRE DEUX VOIES SONT ETUDIEES : LA FUSION PAR CONFINEMENT MAGNETIQUE (TOKAMAKS) ET LA FUSION PAR CONFINEMENT INERTIEL, A LAQUELLE NOUS NOUS INTERESSONS ICI, OU L'ON A RECOURS A DE PUISSANTS FAISCEAUX LASERS POUR COMPRIMER UNIFORMEMENT UNE PETITE BILLE REMPLIE D'UN MELANGE DEUTERIUM-TRITIUM. UN DES PROBLEMES-CLEFS POUR LA REALISATION DU CONFINEMENT INERTIEL EST L'INTERACTION ENTRE LES FAISCEAUX LASERS ET LE PLASMA CREE PAR IRRADIATION. CETTE INTERACTION EST LA SOURCE DE MULTIPLES INSTABILITES DIFFERENTES SELON L'INTENSITE DU LASER ET LA DENSITE DU PLASMA. A L'HEURE ACTUELLE, LES GRANDS LABORATOIRES S'EQUIPENT DE LASERS ULTRA-INTENSES (10#2#0 W/CM#2) A IMPULSIONS ULTRACOURTES (10##1#2 S). DE TELS LASERS, ONT DONNE NAISSANCE AU CONCEPT DE L'ALLUMEUR RAPIDE. ILS VONT DANS CE CAS, ETRE LA SOURCE DE NOUVEAUX EFFETS D'ORIGINE RELATIVISTES, QUI VU LEUR COMPLEXITE NECESSITENT POUR LEUR COMPREHENSION L'UTILISATION DE LA SIMULATION NUMERIQUE. NOUS ALLONS DONC, DANS CETTE THESE PRESENTER LE FONCTIONNEMENT DE CODES DITS SEMI-LAGRANGIEN RESOLVANT EN PARALLELE L'EQUATION DE VLASOV RELATIVISTE ET LES EQUATIONS DE MAXWELL. CES CODES VONT NOUS PERMETTRE D'ETUDIER L'EVOLUTION DE LA FONCTION DE DISTRIBUTION ELECTRONIQUE DANS L'ESPACE DES PHASES. PREMIEREMENT, NOUS DETAILLONS LE FONCTIONNEMENT DE CES CODES MONO OU BIDIMENSIONNELS. PUIS, NOUS LES TESTONS EN LES UTILISANT DANS LE CAS PARTICULIER DE PLASMAS SOUS-DENSES POUR LESQUELS NOUS ETUDIONS L'ACCELERATION DE PARTICULES PAR BATTEMENTS D'ONDES. NOUS PRESENTONS ENSUITE LES PREMIERS RESULTATS OBTENUS POUR L'ETUDE DES INSTABILITES ELECTRONIQUES D'ORIGINES RELATIVISTES.
Author: MARIE-LINE.. BEGUE
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Languages : fr
Pages : 314
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DANS LES REACTIONS DE FUSION THERMONUCLEAIRE, IL EST NECESSAIRE D'AMENER LA MATIERE (UN GAZ DE DEUTERIUM ET DE TRITIUM) A DES CENTAINES DE MILLIONS DE DEGRES. ON FORME AINSI UN PLASMA ENTIEREMENT CONSTITUE DE PARTICULES IONISEES QUE L'ON DOIT ENSUITE CONFINER. POUR CE FAIRE DEUX VOIES SONT ETUDIEES : LA FUSION PAR CONFINEMENT MAGNETIQUE (TOKAMAKS) ET LA FUSION PAR CONFINEMENT INERTIEL, A LAQUELLE NOUS NOUS INTERESSONS ICI, OU L'ON A RECOURS A DE PUISSANTS FAISCEAUX LASERS POUR COMPRIMER UNIFORMEMENT UNE PETITE BILLE REMPLIE D'UN MELANGE DEUTERIUM-TRITIUM. UN DES PROBLEMES-CLEFS POUR LA REALISATION DU CONFINEMENT INERTIEL EST L'INTERACTION ENTRE LES FAISCEAUX LASERS ET LE PLASMA CREE PAR IRRADIATION. CETTE INTERACTION EST LA SOURCE DE MULTIPLES INSTABILITES DIFFERENTES SELON L'INTENSITE DU LASER ET LA DENSITE DU PLASMA. A L'HEURE ACTUELLE, LES GRANDS LABORATOIRES S'EQUIPENT DE LASERS ULTRA-INTENSES (10#2#0 W/CM#2) A IMPULSIONS ULTRACOURTES (10##1#2 S). DE TELS LASERS, ONT DONNE NAISSANCE AU CONCEPT DE L'ALLUMEUR RAPIDE. ILS VONT DANS CE CAS, ETRE LA SOURCE DE NOUVEAUX EFFETS D'ORIGINE RELATIVISTES, QUI VU LEUR COMPLEXITE NECESSITENT POUR LEUR COMPREHENSION L'UTILISATION DE LA SIMULATION NUMERIQUE. NOUS ALLONS DONC, DANS CETTE THESE PRESENTER LE FONCTIONNEMENT DE CODES DITS SEMI-LAGRANGIEN RESOLVANT EN PARALLELE L'EQUATION DE VLASOV RELATIVISTE ET LES EQUATIONS DE MAXWELL. CES CODES VONT NOUS PERMETTRE D'ETUDIER L'EVOLUTION DE LA FONCTION DE DISTRIBUTION ELECTRONIQUE DANS L'ESPACE DES PHASES. PREMIEREMENT, NOUS DETAILLONS LE FONCTIONNEMENT DE CES CODES MONO OU BIDIMENSIONNELS. PUIS, NOUS LES TESTONS EN LES UTILISANT DANS LE CAS PARTICULIER DE PLASMAS SOUS-DENSES POUR LESQUELS NOUS ETUDIONS L'ACCELERATION DE PARTICULES PAR BATTEMENTS D'ONDES. NOUS PRESENTONS ENSUITE LES PREMIERS RESULTATS OBTENUS POUR L'ETUDE DES INSTABILITES ELECTRONIQUES D'ORIGINES RELATIVISTES.
Author: Marie-Line Bégué
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Languages : fr
Pages : 0
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Author: BRICE.. QUESNEL
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Languages : fr
Pages : 242
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CETTE THESE CONSTITUE UNE ETUDE THEORIQUE ET NUMERIQUE DU COMPORTEMENT EN REGIME RELATIVISTE DE DEUX PHENOMENES NON-LINEAIRES DE LA PHYSIQUE DE L'INTERACTION LASER-PLASMA : LES INSTABILITES PARAMETRIQUES ELECTRONIQUES ET LA FORCE PONDEROMOTRICE. DANS LA PREMIERE PARTIE DE CE MEMOIRE, LA RELATION DE DISPERSION A TROIS DIMENSIONS DES INSTABILITES PARAMETRIQUES ELECTRONIQUES EST ETABLIE POUR UNE ONDE POLARISEE CIRCULAIREMENT SE PROPAGEANT DANS UN PLASMA HOMOGENE ET FROID, SANS LIMITATIONS SUR L'INTENSITE DE L'ONDE NI SUR LA DENSITE DU PLASMA. ELLE EST OBTENUE SOUS FORME D'UN DETERMINANT INFINI ET RESOLUE NUMERIQUEMENT APRES TRONCATURE. LE COMPORTEMENT DES DIFFERENTES INSTABILITES PARAMETRIQUES ELECTRONIQUES EST PRECISE A HAUTE DENSITE ET HAUTE INTENSITE. LES RESULTATS OBTENUS SONT VERIFIES A L'AIDE DE SIMULATIONS NUMERIQUES A DEUX DIMENSIONS, QUI MONTRENT EGALEMENT QUE DANS LEUR PHASE NON-LINEAIRE, CES INSTABILITES PROVOQUENT A HAUTE DENSITE UN VIOLENT CHAUFFAGE DU PLASMA AINSI QUE LA FILAMENTATION ET UNE FORTE ABSORPTION DE L'ONDE. L'INSTABILITE DE WEIBEL EST EGALEMENT BRIEVEMENT ETUDIEE EN REGIME RELATIVISTE. DANS LA DEUXIEME PARTIE DE CE TRAVAIL, NOUS ETABLISSONS UNE EXPRESSION DE LA FORCE PONDEROMOTRICE EXERCEE PAR UNE IMPULSION LASER ULTRA-INTENSE DANS LE VIDE AU VOISINAGE DU FOYER. LA CONDITION DE VALIDITE DE CE CALCUL EST PRECISEE. DANS LE CAS D'UNE IMPULSION DE PROFIL TRANSVERSE GAUSSIEN, PLUSIEURS EXPRESSIONS DU CHAMP ELECTROMAGNETIQUE AU FOYER SONT ETABLIES, QUI CORRESPONDENT A DIFFERENTS DEGRES D'APPROXIMATION. UN CODE NUMERIQUE D'INTEGRATION DES EQUATIONS DU MOUVEMENT D'UN ELECTRON DANS LE CHAMP LASER EST UTILISE AVEC CES DIFFERENTES EXPRESSIONS. IL CONFIRME LA CONDITION DE VALIDITE ET L'EXPRESSION DE LA FORCE PONDEROMOTRICE RELATIVISTE OBTENUES. IL MONTRE L'IMPORTANCE D'UNE DESCRIPTION PRECISE DU CHAMP AU FOYER. CES RESULTATS SONT UTILISES POUR INTERPRETER UNE EXPERIENCE RECENTE ET POUR CRITIQUER D'AUTRES TRAVAUX THEORIQUES DANS CE DOMAINE.
Author: Guy Bonnaud
Publisher: Editions Ellipses
ISBN: 2340073855
Category : Science
Languages : fr
Pages : 720
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Cet ouvrage présente l’ensemble des processus induits par l’interaction laser-plasma : la chaîne des processus est détaillée suivant sa chronologie. Les modèles théoriques et les solutions analytiques décrits sont accompagnés de résultats de simulation numérique à différents degrés de complexité. Il propose une large interface avec les mathématiques appliquées. Cet ouvrage s'adresse aux étudiants en master de physique, aux élèves-ingénieur, aux doctorants et aux cercheurs en physique.
Author: Fabien Huot
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Languages : fr
Pages : 213
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Les récentes avancées technologiques permettent désormais de concevoir des lasers à haut flux (1020 Wcm-2æm-2). A de telles énergies, un électron oscillant dans le champ électromagnétique peut atteindre une vitesse proche de celle de la lumière, nécessitant la prise en compte d'importants effets relativistes. Différents types de codes peuvent être développés pour simuler de tels mécanismes. Les codes particulaires ou codes PIC, sont basés sur la résolution des équations du mouvement des particules du système. Cependant, ils sont sujets à des problèmes de bruit numérique et peuvent offrir une mauvaise résolution sur les régions à faible densité de particules. C'est pourquoi nous avons développé des codes dits semi-lagrangiens qui visent à la résolution couplée de l'équation de Vlasov relativiste et des équations de Maxwell. Nous avons caractérisé les domaines de prévalence respectifs de chacun de ces deux types de codes en fonction de l'effort numérique nécessaire pour traiter un problème donné. Nous détaillons par ailleurs le schéma d'advection de l'équation de Vlasov et utilisons la possibilité offerte par les codes semi-lagrangiens de réduire le nombre des variables indépendantes, grâce à l'introduction d'une classe de solutions exactes de l'équation de Vlasov. Sachant qu'une impulsion ultra-intense peut se propager au sein d'un plasma au-delà de la densité critique du fait des effets relativistes qu'elle engendre, nous avons effectué une étude détaillée de ces phénomènes. Ceci nous a permis de mettre en évidence l'existence d'ondes acoustiques d'électrons piégés relativistes dans le cadre de la transparence auto-induite. Nous avons enfin raffiné ce modèle pour tenir compte de la mobilité des ions et l'avons étendu à deux dimensions afin d'étudier les effets transverses dans l'interaction laser-plasma.
Author: Mathieu Drouin
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Languages : fr
Pages : 194
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Le caractère éminemment cinétique et hors équilibre de l'interaction laser-plasma et du transport électronique nécessite de résoudre le système complet des équations de Vlasov-Maxwell. Cette thèse se concentre sur les méthodes PIC (‘‘Particle-In-Cell''), et vise à en accroître le régime de fonctionnement. Tout d'abord, nous présentons l'analyse de stabilité linéaire d'un algorithme PIC explicite incluant l'effet de la discrétisation spatio-temporelle. Cette analyse met en exergue l'instabilité d'aliasing, que nous relions au problème, plus général, du chauffage numérique dans les codes PIC en régime surcritique. Nous montrons l'influence bénéfique de la montée en ordre du facteur de forme pour réduire ce chauffage, permettant ainsi d'atteindre des régimes de densité jusque là inaccessibles. Les codes PIC implicites ne sont pas soumis aux mêmes contraintes de stabilité que leurs équivalents explicites. En particulier nous ne sommes plus tenus de résoudre les modes haute fréquence électroniques. Une telle propriété est particulièrement précieuse lorsqu'on modélise l'interaction entre un laser à ultra-haute intensité et un plasma fortement sur-critique. Nous présentons ici l'extension relativiste de la méthode implicite dite directe, en y incluant un paramètre d'amortissement ajustable et des facteurs de forme d'ordre élevé. Ce formalisme a été implémenté dans le code ELIXIRS, 2D en espace et 3D en vitesse. Ce code est validé sur de nombreux problèmes de physique des plasmas, allant de l'expansion d'un plasma à une ou deux températures électroniques, à l'interaction laser-plasma à haut-flux, en passant par les instabilités ‘‘deux faisceaux'' et de filamentation en régime relativiste. Nous montrons notamment la capacité du code à capturer les principales caractéristiques de l'interaction laser-plasma, malgré une discrétisation spatio-temporelle dégradée, autorisant ainsi des gains substantiels en temps de calcul.
Author: Alain Bourdier
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Languages : fr
Pages : 301
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CALCULS DE PERTURBATION DANS LA THEORIE DES OSCILLATIONS NON LINEAIRES. NOTION D'INSTABILITE PARAMETRIQUE. PROPAGATION D'UNE ONDE DANS UN PLASMA FROID AVEC "EFFETS RELATIVISTES". INSTABILITES PARAMETRIQUES DUES A DES CONECTIONS RELATIVISTES
Author: Guy Bonnaud
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Languages : en
Pages : 302
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Une synthèse théorique des instabilités paramétriques des ondes électromagnétiques du plasma a permis de dégager les paramètres importants de l'évolution d'une instabilité particulière : la diffusion Raman stimulée de l'onde laser. Celle-ci génère des électrons suprathermiques constituant un obstacle majeur à la réussite de la fusion inertielle. Des simulations numériques de plasmas monodimensionnels ont été réalisés à l'aide de deux codes de simulation écrits pour cette thèse : l'un de type particulaire permettant de suivre l'ensemble des phénomènes physiques dont la création d'électrons rapides, mais coûteux en temps calcul, l'autre de type couplages d'ondes autorisant le seul couplage de modes propres du plasma. Deux points ont été analysés : (1) l'influence d'une non-monochromaticité de l'onde laser sur la distribution des électrons rapides, énergie et température, en plasma homogène. Si l'énergie chute ace l'élargissement spectral, la température, peut au contraire augmenter. (2) l'influence de la mobilité ionique en plasma homgène et inhomogène en densité. L'allègement des ions et la diminution de leur température contribue à inhiber la diffusion Raman et à diminuer la température des électrons rapides. L'instabilité des ondes plasma amplifiée par le Raman en est la raison. L'inhomogénéité en densité du plasma, conduisant en l'abscence d'ions mobiles à une réduction du Raman, a son influence renforcée par la mobilité ionique, excepté en plasma faiblement inhomogène loin de la densité de coupure de l'onde diffusée du Raman. L'observation des compétitions d'instabilités a permis d'affiner les nombreux scénarios distincts de saturation du Raman. L'utilisation actuelle de lasers de longueurs d'ondes de plus en plus courtes permettant une meilleure absorption laser par collisions électrons-ions conduit à augmenter les seuils d'apparition des instabilités. La prédominance des collisions sur l' inhomogénéité du plasma a été mise en évidence expérimentalement sur l'instabilité à 2 plasmons avec un laser ultra-violet.
Author: SOPHIE.. BATON
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Languages : fr
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L'OBJET DE CETTE THESE EST L'ETUDE, ESSENTIELLEMENT EXPERIMENTALE, DE LA FILAMENTATION DANS L'INTERACTION LASER-PLASMA. LE TRAVAIL EXPERIMENTAL A PORTE, EN PARTICULIER, SUR LA REALISATION D'UN DIAGNOSTIC DE STRIOSCOPIE QUI SONDE TRANSVERSALEMENT LE PLASMA ET D'UNE IMAGERIE EN TRANSMISSION, RESOLUE OU INTEGREE EN TEMPS, DE LA COUPE TRANSVERSE DU PLASMA PENDANT L'INTERACTION. LES RESULTATS ISSUS DE CES DIAGNOSTICS, CORRELES ENTRE EUX, TENDENT A PROUVER L'EXISTENCE DE LA FILAMENTATION DANS NOS PLASMAS D'INTERACTION. LES RESULTATS ONT FAIT APPARAITRE DES STRUCTURES FILAMENTAIRES QUI SONT EN ACCORD AVEC LES LOIS D'ECHELLE DE LA FILAMENTATION PONDEROMOTRICE ETABLIES DANS LA PREMIERE PARTIE DE LA THESE. LES IMAGES RESOLUES EN TEMPS ONT MONTRE, PAR AILLEURS, UN COMPORTEMENT FILAMENTE DU FAISCEAU LASER, COHERENT AVEC LES RESULTATS DU DIAGNOSTIC DE STRIOSCOPIE. LES FILAMENTS SONT ASSOCIES A DES GRADIENTS DE DENSITE TRANSVERSES A LA DIRECTION DU FAISCEAU D'INTERACTION QUI PEUVENT ENTRAINER LA GENERATION DU DEUXIEME HARMONIQUE DU LASER LE LONG DE SON AXE. CETTE CONSEQUENCE INDIRECTE DE LA FILAMENTATION A ETE MISE EN EVIDENCE EXPERIMENTALEMENT ET ETAYEE PAR UN MODELE SIMPLE. ENFIN, L'INTERPOSITION DE LAMES DE PHASE ALEATOIRE A D'UNE PART, SUPPRIME LE COMPORTEMENT FILAMENTE DU FAISCEAU LASER ET D'AUTRE PART, REDUIT SENSIBLEMENT LES TAUX DES DIFFUSIONS RAMAN ET BRILLOUIN STIMULEES. CE DERNIER RESULTAT CONTRIBUE A L'ETUDE SUR LA CORRELATION DES INSTABILITES PARAMETRIQUES ENTRE ELLES
Author: GERARD.. MALKA
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Languages : fr
Pages : 214
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L'OBJECTIF DE CETTE THESE EST DE COMPRENDRE ET D'ANALYSER LES PROCESSUS PHYSIQUES SUSCEPTIBLES D'ACCELERER DES ELECTRONS A DES ENERGIES RELATIVISTES, LORS DE L'INTERACTION D'UNE IMPULSION LASER ULTRA INTENSE (ECLAIREMENT LASER SUPERIEUR A 10#1#9W/CM#2) AVEC DES ELECTRONS DANS LE VIDE OU UN PLASMA. CES TRAVAUX S'INSCRIVENT DANS LE CADRE DE LA FUSION PAR CONFINEMENT INERTIEL AVEC LA NOUVELLE APPROCHE DE L'ALLUMEUR RAPIDE. CETTE THESE SE COMPOSE DE TROIS ETUDES EXPERIMENTALES SUR L'ACCELERATION D'ELECTRONS. LES RESULTATS DE CES EXPERIENCES SONT INTERPRETES EN LES COMPARANT A CEUX DONNES PAR DES MODELES THEORIQUES PRESENTES DANS CE RAPPORT : (I) L'ACCELERATION D'ELECTRONS DANS LE VIDE PAR L'IMPULSION LASER EST MISE EN EVIDENCE EXPERIMENTALEMENT. DES ELECTRONS D'ENERGIE INITIALE DE 1 A 10 KEV ENVIRON, SONT ACCELERES A DES ENERGIES VOISINES DE 1 MEV. CES RESULTATS SONT EN BON ACCORD AVEC DES SIMULATIONS DE PROPAGATION D'ELECTRONS LIBRES SOUMIS A UNE ONDE ELECTROMAGNETIQUE INTENSE, SPATIALEMENT ET TEMPORELLEMENT FINIE. (II) LE ROLE DE LA FORCE PONDEROMOTRICE DANS LA PRODUCTION D'ELECTRONS RELATIVISTES (0,4 A 3 MEV) LORS DE L'INTERACTION D'UN FAISCEAU LASER ULTRA INTENSE AVEC UN PLASMA SURDENSE ET PRESENTANT UN PROFIL DE DENSITE TRES RAIDE EST ICI DEMONTRE EXPERIMENTALEMENT. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX SONT EN BON ACCORD AVEC UN MODELE D'ACCELERATION D'ELECTRONS DANS CE REGIME OU LA TEMPERATURE CHAUDE T#H EST EGALE A L'ENERGIE D'OSCILLATION D'UN ELECTRON DANS LE CHAMP LASER. (III) DANS LE CAS DE L'ACCELERATION D'ELECTRONS (0,5 A 20 MEV), LORS DE L'INTERACTION DU FAISCEAU LASER AVEC UN PLASMA PREFORME SOUS CRITIQUE ET LONG, DEUX TEMPERATURES SUPRATHERMIQUES ET DES CANAUX DE CREUSEMENT DE DENSITE ELECTRONIQUE SONT OBSERVES. CES OBSERVATIONS SONT A PRIORI LA SIGNATURE DE LA FORCE PONDEROMOTRICE OU DE LA DIFFUSION RAMAN AVANT DANS UN CANAL CREE PAR L'AUTOFOCALISATION PONDEROMOTIVE ET RELATIVISTE DE L'IMPULSION LASER.
