Nos tutelles

CNRS

Rechercher





Accueil > Français > Emplois, thèses et stages > Offres de thèse 2016

Etude par simulation de Dynamique Moléculaire classique des plasmas corrélés hors équilibre.

par Elodie PICO - publié le

Directeurs de thèse : Annette CALISTI
Coordonnées : annette.calisti@univ-­‐amu.fr,
+33491282719

Sandrine FERRI
Coordonnées : Sandrine.ferri@univ-­‐amu.fr,
+33491288623

Description du sujet :

Lorsque la matière est soumise à un rayonnement X intense, elle est portée dans un état fortement hors équilibre qui résulte en un chauffage et une détérioration de l’échantillon : la matière solide et froide est transformée en matière tiède et dense (WDM) puis en plasma dense fortement couplé. La matière tiède et dense et les plasmas denses fortement couplés sont des régimes dans lesquels les atomes et
les ions ont des comportements intrinsèquement liés au plasma. Les interactions électromagnétiques (en particulier la force de Coulomb) entre particules chargées induisent des comportements collectifs des ions et des électrons. De plus, lorsque l’énergie potentielle devient plus grande que l’énergie thermique, les particules sont fortement corrélées, ce qui influence les propriétés structurelles du milieu un ordre géométrique peut apparaître) et par conséquent affecte la structure atomique des ions et atomes de ce milieu (abaissement du potentiel d’ionisation, déplacement et élargissement des raies spectrales, modification de la fonction de partition,…). Enfin,
à basse température, lorsque l’énergie de Fermi devient du même ordre de grandeur que l’énergie thermique, les effets de dégénérescence des électrons deviennent importants et doivent être pris en compte.

Dans ce contexte, nous développons une méthode de simulation numérique basée sur une méthode de Dynamique Moléculaire (DM) classique multi composantes (ions et électrons) dans laquelle un processus classique d’ionisation recombinaison a été mis en place permettant de suivre l’évolution des plasmas impliquant des ions de charges différentes et de modéliser l’équilibre d’ionisation.
L’environnement des particules (ions, atomes ou électrons) étant explicitement décrit,
cette méthode donne accès à la mesure de différentes grandeurs d’intérêt (microchamps électriques, facteurs de structure, etc.) et de leurs propriétés statiques et dynamiques.

Les premiers calculs réalisés sur les facteurs de structure dynamiques [1] dans les conditions des expériences sur le béryllium tiède et dense [2], ainsi que l’étude des effets du plasma sur l’abaissement du potentiel d’ionisation en régime stationnaire [3] et hors équilibre [4] sur des plasmas d’aluminium [5] montrent des résultats comparables à ceux trouvés dans la littérature ou obtenus avec
d’autres modèles validant potentiellement la méthode et son utilisation.

Le travail de thèse proposé concerne une étude des propriétés structurelles (de nombreuses expériences de diffraction X sont actuellement développées pour cette étude) et dynamiques de ces plasmas corrélés transitoires et hors équilibre thermodynamique. Pour ce faire, des améliorations seront à apporter au code de simulation. Par exemple, la possibilité de prendre en compte les effets de dégénérescence des électrons par des potentiels effectifs classiques d’interaction sera étudiée. Par ailleurs, la charge d’un ion donné est le résultat de nombreux processus collisionnels et radiatifs. Le problème de l’ionisation est généralement abordé de façon statistique par l’intermédiaire d’un modèle collisionnel-­‐radiatif (CR) qui donne accès à la distribution de populations des différents états internes des ions
considérés dans le modèle. La prise en compte des processus radiatifs dans la DM
est envisagée par l’utilisation de méthodes statistiques de type Monte Carlo. Sa mise en place sera accompagnée d’un développement de méthodes alternatives en comparaison avec des modèles CR ou couplage avec une approche de type Monte Carlo cinétique [6]) permettant la validation du code de simulation.

[1] A. Calisti, S. Ferri, M. Marciante, B. Talin, Warm Dense Matter through Classical Molecular Dynamics, High Energy Density Physics, Vol. 13, 1-­‐8 (2014). [2] S.H. Glenzer, et al., Observations of Plasmons in Warm Dense Matter, Phys. Rev. Lett. 98, 065002 (2007) ; H.J. Lee, et al., X-­‐Ray Thomson-­‐Scattering Measurements of Density and Temperature in Shock-­‐Compressed Beryllium, Phys. Rev. Lett. 102, 115001 (2009).[3]
A. Calisti, S. Ferri, B. Talin, Ionization potential depression in hot dense plasmas through a pure classical model, Contri. Plasma Phys. No 5, 360 (2015). [4] A. Calisti, S. Ferri, B. Talin, Ionization potential depression for non equilibrated aluminum plasmas, J. Phys. B : At Mol. Opt. Phys. 48, 224003 (2015). [5] O. Ciricosta et
al., Direct Measurements of the Ionization Potential Depression in a Dense Plasma, Phys. Rev. Lett. 105, 065002 (2012) ; D. J. Hoarty et al., Observations of the Effect of
Ionization-­‐Potential Depression in Hot Dense Plasma, Phys. Rev. Lett. 110, 265003 (2013). [6] O. Peyrusse, Collisional-­‐Radiative modeling and interaction of monochromatic X-­‐rays with matter, to be published in Modern Methods in Collisional-­‐ radiative Modeling of Plasmas, ed. Y. Ralchenko, Springr (2016)