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Structure interne des ions dans les simulations de Dynamique Moléculaire Classique pour l’étude des plasmas denses et de l’interaction d’un rayonnement X intense avec la matière

publié le

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Directeur de thèse : Sandrine FERRI
équipe Physique Atomique et Transport dans les Plasmas service 232
Avenue Escadrille Normandie Niemen,13013 Marseille
Tel :+33 491288623 sandrine.ferri@univ-­‐amu.fr
Co-­‐encadrant : Olivier PEYRUSSE olivier.peyrusse@univ-­‐amu.fr

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Description du sujet :
La Dynamique Moléculaire (DM) est une technique de simulation numérique largement utilisée pour l’étude des plasmas. Les ions et les électrons du plasma sont modélisés par des particules pontuelles de charges données qui interagissent entru elles par l’intermédiaire de potentiels effectifs. Le problème de l’ionisation est très peu abordé dans ce type de simulation classique où l’on préfère généralement adopter un modèle de plasma à une composante (OCP) dans lequel les
particules de charge unique interagissent entru elles sur un fond neutralisant. Il existe tout de même quelques techniques pour tenir compte des processus d’ionisation et de recombinaison (collisionnels et radiatifs) dans les plasmas à deux composantes où les ions et les électrons sont simulés simultanément, mais leur champ d’application reste restreint à cause du grand nombre de particules mis en jeu, [citation].
Par ailleurs, le problème de l’ionisation dans les plasmas est généralement traité de manière statistique par l’intermédiaire d’un modèle collisionnel-­‐radiatif qui permet d’obtenir une distribution de population sur les différents états internes des ions considérés dans le modèle. Dans une simulation où chaque ion est individualisé une telle approche n’est pas applicable. On doit alors se tourner vers une approche de type Monte-­‐Carlo cinétique (Kinetic Monte Carlo) où, compte tenu des taux des différents processus, on suit les sauts aléatoires d’un état initial vers les autres états accessibles ]
Le but de ce travail de thèse est d’explorer la dynamique des ions par la DM avec, pour chaque ion, le suivi de son état interne par une technique KMC. Le travail s’appuie sur deux techniques de simulation (DM et KMC) et sur différentes notions de physique atomique dans les plasmas. Le sujet proposé consiste à coupler les deux techniques de manière à suivre simultanément le déplacement de chaque ion et sa trajectoire stochastique parmi les états internes possibles. Il faudra en particulier maitriser et gérer les deux échelles de temps, celle associée à la dynamique des ions dans l’espace et celle du cheminement parmi les états internes. Parmi les applications, on envisage d’étudier l’effet de l’ionisation dynamique des ions sur la statistique du microchamp électrique local dans un plasma. Par ailleurs, dans le cadre des études sur l’interaction d’un rayonnement X monochromatique intense (laser X) avec la matière ] dont l’un des enjeux est le Flash Diffraction Imaging , on cherchera à simuler la dynamique de l’explosion coulombienne d’un agrégat d’atomes.
Références bibliographiques :
] S.K Son, R. Santra, Phys. Rev. A 85, 063415 (2012) ; P.J. Ho et al, Phys. Rev. Lett.113, 253001(2014) ; O. Peyrusse, dans Modern methods in collisional-­‐radiative modeling of plasmas, Edt Y. Ralchenko, (Springer 2016).
] C. Bostedt et al, Review of Modern Physics 88, 015007 (2016).
H.N. Chapman et al, Nature 470, 73 (2011).

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