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Explications

par Yves ELSKENS - publié le , mis à jour le

Elle se poursuit avec l’exploitation par N. Claire de la fluorescence induite par laser résolue en temps (figure 4.2) au moyen d’un analyseur multi-canaux. Ce diagnostic permet de sonder l’espace des phases des ions du plasma, de façon totalement non perturbative avec une excellente résolution spatiale, temporelle, et en vitesse. Une collaboration avec U. Stroth (université de Stuttgart) a motivé une étude détaillée des fonctions de distribution de vitesse des ions dans la gaine au voisinage d’une électrode métallique plane au potentiel flottant dans la machine à confinement multipolaire. Ces résultats montrent que, même dans une situation expérimentale simple, les modèles existants ne donnent qu’une interprétation qualitative de la réalité [Claire 2006].

Figure 4.1
Enceinte à plasma multipolaire.
Figure 4.2
Plasma fluorescent sous illumination par laser
Figure 4.3
Machine MISTRAL.
Figure 4.4
Machine MISTRAL

Ce diagnostic est aujourd’hui appliqué à l’étude de la stabilité d’une colonne de plasma magnétisé dans la machine MISTRAL (figures 4.3, 4.4) Une fibre optique permet de transporter le faisceau du laser monomode accordable à la périphérie du plasma magnétisé. L’analyse de l’influence de la rotation des structures émises au bord du plasma sur la dynamique des ions du plasma a fait l’objet de la thèse de C. Rebont.

Figure 4.5
Mode régulier du plasma en rotation dans MISTRAL

L’analyse de la turbulence de la colonne de plasma magnétisé est aussi poursuivie par A. Escarguel au moyen de diagnostics optiques, en collaboration avec l’équipe DGP du laboratoire. Une caméra intensifiée a permis d’observer l’évolution temporelle d’un mode non linéaire du plasma en rotation autour de la colonne de plasma, à l’ombre d’un limiteur (Fig 4.5). Ces mesures ont été couplées à un diagnostic de spectroscopie passive et de fluorescence induite par laser. Un modèle de physique atomique couplé à ces mesures expérimentales a permis d’étudier la corrélation entre le rayonnement émis par le plasma et ses paramètres. Le rôle prédominant d’une population d’électrons énergétique a ainsi été mis en avant.
D’autre part, B. Annaratone a développé un modèle physique couplé à des mesures expérimentales (sondes, fluorescence induite par laser) afin de mettre en évidence les dépendances en pression et en intensité du champ magnétique de la fréquence de rotation du mode non linéaire.
Les propriétés radiatives d’un plasma d’hélium créé dans la machine MISTRAL ont été étudiées par spectroscopie et à l’aide du code collisionnel-radiatif SOPHIA développé par F. Rosmej (LULI). Ce travail a fait l’objet de la thèse de T. Lefèvre (soutenue le 7 février 2012). Il a pu montrer l’importance des phénomènes diffusifs ainsi que l’influence des électrons primaires dans l’émission de lumière par le plasma. Il a aussi étudié durant sa thèse l’effet de fluctuations des paramètres du plasma (ne, Te) sur les intensités de raies d’hélium dans des conditions de plasmas de laboratoire et de plasmas de bord de tokamak.

Figure 4.6
Principe du dispositif
Figure 4.6
Expérience sur le Lamb-shift

Un projet novateur de mesure non intrusive du champ électrique utilisant le Lamb shift (figure 4.6) est soutenu par L. Chérigier-Kovacic ; il a fait l’objet de la thèse d’A. Lejeune. L’observation de l’émission Lyman-α résultant de la transition des atomes d’hydrogène préparés dans le niveau 2s vers le niveau fondamental, induite par un champ électrique statique ou fluctuant, fournit une mesure locale non perturbative du champ électrique. La théorie des perturbations appliquée à l’atome de Dirac montre en effet qu’en présence d’un champ électrique les niveaux 2s1/2 (métastable) et 2p1/2, séparés par le Lamb-shift (1056 MHz), se couplent, permettant la transition vers le niveau fondamental. L’intensité émise suit une loi quadratique en champ électrique avec un gain jusqu’à deux ordres de grandeurs sur le signal selon que le champ est statique ou fluctuant, résonnant avec la fréquence du Lamb-shift, comme prévu par la théorie. Ceci en fait une méthode très sensible pour mesurer des champs très faibles de l’ordre de quelques V/cm. Cette méthode a été appliquée pour explorer la gaine au voisinage d’une paroi dans un plasma multipolaire.