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Modélisation du transport de rayonnement dans les plasmas optiquement épais

par Elodie PICO - publié le

Directeur de thèse : Joël Rosato
Coordonnées : joel.rosato univ-amu.fr Tél. +33-491288624

Description du sujet :
L’opacité est la propriété qu’ont certains corps de s’opposer au passage de la lumière
(milieux optiquement épais). On rencontre ce phénomène en astrophysique (étant donné la grande taille des objets : étoiles, nébuleuses, etc.), dans l’atmosphère terrestre, et aussi dans les plasmas artificiels, qu’ils soient destinés à la recherche fondamentale (e.g. fusion nucléaire contrôlée) comme à la recherche appliquée (e.g. lampes).

On étudie l’opacité d’un milieu à l’aide de la théorie du transfert radiatif : il s’agit d’une
reformulation des équations de l’électromagnétisme sous la forme d’équations de transport pour les différentes distributions spectrales (énergie, impulsion, etc.) qui sont associées au champ de rayonnement. La résolution de ces équations permet, par exemple, de calculer le spectre qui serait issu d’un milieu opaque, ce qui conduit à la possibilité d’un diagnostic de plasma fondé sur l’observation de la lumière qui en est issue. La loi de Planck est un exemple de résultat de la théorie ; il correspond à un système à l’équilibre thermodynamique complet.

La validité des modèles de transfert radiatif a été récemment remise en question dans le cas où on s’intéresse à des raies atomiques. Des études ont indiqué que les modèles pouvaient être imprécis si la longueur de cohérence du rayonnement est comparable aux autres échelles spatiales du problème considéré (longueurs de gradients, longueur d’absorption, etc.) [1]. L’objectif de ce travail consiste à poursuivre cette étude dans l’optique de développer un modèle général tenant compte rigoureusement de la cohérence du rayonnement. Ce modèle devrait être suffisamment simple afin d’être implémentable dans un code de transfert radiatif. Les recherches en fusion par confinement magnétique (notamment avec la préparation d’ITER) ont suscité un intérêt particulier à décrire précisément la réabsorption des photons atomiques dans les plasmas de divertors denses [2] ; le travail devrait ainsi être orienté dans cet axe, avec une attention particulière à des problèmes de physique atomique dans les plasmas tels que la modélisation de l’effet Stark
et de l’effet Zeeman. Le modèle devrait aussi être appliqué à des expériences de laboratoire impliquant un rayonnement dans un milieu opaque (lampes à haute pression) et dans un milieu amplificateur (lasers).

Références bibliographiques :
[1] J. Rosato, Phys. Rev. E 87, 043108 (2013)
[2] J. Rosato et al., Contrib. Plasma Phys. 50, 398 (2010)