Plasmas et applications aux tokamaks

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Programme

Ce module d’introduction doit remplir trois objectifs : (i) lisser le niveau de l’ensemble de la promotion où certains étudiants auront déjà été initiés aux bases de physique des plasmas et d’autres n’auront jamais pratiqué cette discipline, (ii) offrir une introduction aux principaux outils, méthodes et résultats généraux de la physique des plasmas thermonucléaires, froids et spatiaux et (iii) faire percevoir la structure et l’identité de la discipline par delà la déclinaison en de nombreux modules spécialisés à venir.

Cette enseignement est, pour 12 h, mutualisé avec le Master Grands Instruments (PPF).

– Echelles de temps et de longueurs collectives dans les plasmas (Debye, Langmuir, London, Larmor, …)
– Description des différentes approches utilisées en physique des plasmas suivant les échelles spatio-temporelles considérées
– Echelles de temps et longueur collisionnelles dans les plasmas (Maxwell, Kelvin, LPM…)
– Ordering caractéristique des plasmas spatiaux, thermonucléaires et de décharges
– Crossover entre phénomènes collisionnels et non-collisionnels
– Section efficace, fréquence de collision, libre parcours moyen, taux de réaction – Transfert d’impulsion – Productions d’espèces chargées, ionisation
– Emissions thermoionique, photoélectrique et secondaire – Equilibres de Saha et coronal – Hiérarchie de Bogolioubov, modèles fluides et cinétiques
– Théorie simple (lpm) du transport, diffusion, mobilité libres, conduction thermique – Diffusion ambipolaire – Diffusion et mobilités de Braginski

Enseignement spécifique au M2 PPF (24 h CM)

– Théorie des orbites
– Notion de centre-guide et de repère magnétique
– Trajectoires des particules dans un plasma sans collision en présence de champs électriques et magnétique uniforme et non uniformes, stationnaire et non stationnaires
– Description des dérives associées (courbure, gradient, polarisation, …). Exemples concrets dans les Tokamaks et plasmas spatiaux
– Réflexion miroir. Notion d’invariants adiabatiques
– Mécanismes d’accélération (accélération de Fermi d’ordre 1 et 2)
– Equation de Vlasov – Distribution hors équilibre thermodynamique
– Dérivation des équations fluides et MHD
– Modèles multi-fluides
– Hypothèses et approximations des différents modèles utilisés en Physique des Plasmas.

Technologies Tokamaks

Responsables

jean-marcel.rax@ensta-paristech.fr

Intervenants

J.M. Rax, P. Savoini

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