Seminar by Loïc SCHIESKO – IRFM, CEA (France)

Un séminaire animé par

Dr. Loic Schiesko

IRFM, CEA Cadarache

intitulé :

Des plasmas froids pour la fusion thermonucléaire : chauffage par injection de neutres

aura lieu
vendredi, novembre 10 à 10:30
dans la salle du Conseil – service 322 du laboratoire PIIM (Campus St. Jerome)

Resumé : Au cours de ce séminaire nous passerons en revue, au moyen de résultats expérimentaux et de modélisation, la physique gouvernant les injecteurs de neutres d’ITER et en particulier les sources d’ions négatifs et du faisceau extrait, dont le but est de chauffer le plasma de coeur. Ces sources fonctionnent par conversion de neutres et d’ions sur une surface césiée (Cs). L’interaction plasma-paroi joue un rôle prépondérant dans la mesure où le Cs est très réactif et donc volatil, le contrôles des flux d’ions positifs et électrons du plasma doivent être bien maitrisés pour limiter une contamination du volume par le Cs, minimiser le courant d’électrons extraits et maximiser celui des ions négatifs. Différents diagnostics permettent d’ajuster les paramètres, toutefois la modélisation est nécessaire pour relier la physique de la gaine à celle du faisceau. A cet effet, une généralisation de la physique de la gaine en formalisme cinétique pour un plasma contenant de multiples ions positifs, ions négatifs, émission de surface etc.. sera présentée. Nous verrons également par modélisation multi-fluide que l’hypothèse communément utilisée d’un coefficient polytropique (constante) pour les ions négatifs est caduque dans le mesure où ce dernier varie dans la pré-gaine et dans la gaine. Enfin une méthode particulaire d’ordre supérieur permettant de modéliser les effets microscopiques des instabilités sur le transport macroscopique (en partie responsable transport anormal) sera présentée.

Seminaire de María E. DAVILA – ICMM (Spain)

Un séminaire animé par

Dr. María E. DAVILA

Professor à l’Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid – ICMM – CSIC (Spain)

intitulé :

Reducing the dimensionality: Silicon nanoribbons

aura lieu mercredi, 10 Mai à 10h dans la salle du Conseil – service 322 du laboratoire PIIM (Campus St. Jerome)

Résumé : Ces dernières années, la découverte de différentes formes de nanostructures dans de nombreux matériaux (nanosphères, nanotubes, nanofils, ainsi que leurs dérivés) a suscité un grand intérêt scientifique et technologique. En tant que matériau électronique le plus important, le silicium, sous ses formes nanométriques, a suscité un intérêt majeur en raison de ses propriétés physiques émergentes particulières, telles que l’émission de lumière, l’émission de champ et les effets de confinement quantique. Dans mon séminaire, je me concentrerai plus particulièrement sur les nanorubans de silicium, un nouvel allotrope constitué uniquement de blocs de construction pentagonaux en silicium, dont les propriétés physiques pourraient être explorées en détail.

Biographie : Les recherches de María E Dávila se concentrent sur “la synthèse et la caractérisation de matériaux de faible dimension, en particulier les semi-conducteurs”.
avec un accent particulier sur les semi-conducteurs”. Elle s’intéresse notamment à la détermination de la structure structurelle et électronique de ces matériaux. Elle est spécialisée dans “l’utilisation des techniques de rayonnement synchrotron pour explorer la physique et la chimie des matériaux de faible dimension”. Elle a obtenu son doctorat en physique de la matière condensée à l’université Auronoma de Madrid en 1996, puis a effectué un stage post-doctoral à l’université d’Uppsala et à la KTH en Suède.

Seminaire de Petr GRIGOREV – CINAM (France)

Un séminaire animé par

Dr. Petr GRIGOREV

Postdoc au CINAM(Marseille, France)

intitulé :

Hybrid ab initio-machine learning simulations of extended defects

aura lieu mercredi, 26 avril à 11h dans la salle du Conseil – service 322 du laboratoire PIIM (Campus St. Jerome)

Résumé : Dans le contexte des matériaux confrontés au plasma, l’interaction des défauts induits par les radiations, des composants du plasma et de leurs amas avec la microstructure du matériau est importante à la fois en termes de dégradation du matériau et de transport et de rétention des composants du plasma. Dans cette présentation, je décrirai comment les méthodes hybrides ab initio/apprentissage machine peuvent être utilisées pour étudier des systèmes de grande taille irréalisables avec une précision ab initio. Je montrerai une application réussie de la méthode pour étudier l’interaction des dislocations avec l’hydrogène, l’hélium et les clusters de vacance dans le tungstène. Je discuterai également des applications futures à la fracture et à la ségrégation des joints de grains et de la manière dont ces données QM/ML peuvent être utilisées pour tester et améliorer les potentiels interatomiques modernes d’apprentissage automatique.

Biographie :Petr Grigorev est chercheur associé et travaille dans le domaine de la science computationnelle des matériaux. Il a obtenu son master en physique à l’Université polytechnique Pierre le Grand de Saint-Pétersbourg en 2012. La même année, il s’est inscrit à un programme de doctorat partagé entre l’Université de Gand et l’Université Complutense de Madrid dans le cadre du programme Erasmus Mundus FUSION-DC. Il a soutenu son doctorat en avril 2017 et, peu de temps après, a rejoint le Warwick Centre for Predictive Modelling en tant que chercheur. En décembre 2020, il a commencé comme postdoc au département Théorie et Simulation Numérique du Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille (CINaM). Plus d’informations ici.

Seminaire de Mykola IALOVEGA – Universitè de Wisconsin–Madison (USA)

Un séminaire animé par

Dr. Mykola IALOVEGA

Postdoc à l’Universitè de Wisconsin–Madison (Etats Unis) et dans le groupe Plasma Edge Physics with 3D Boundaries

intitulé :

Développement de méthodes de fabrication additive de composants orientés vers le plasma pour de nouveaux dispositifs de confinement de la fusion magnétique

aura lieu mardi, 28 mars à 10h30 dans la salle du Conseil – service 322 du laboratoire PIIM (Campus St. Jerome)

Résumé : Cet exposé donnera un aperçu du développement des revêtements par projection à froid pour les surfaces fonctionnelles des composants orientés vers le plasma, en particulier pour les nouveaux dispositifs de fusion par confinement magnétique qui sont actuellement en cours de construction dans le Wisconsin, aux États-Unis. Le Wisconsin HTS Axisymmetric Mirror Experiment (WHAM) est le résultat d’un partenariat public-privé entre l’UW-Madison, le MIT et Commonwealth Fusion Systems (CFS) pour construire et exploiter un dispositif compact de miroir à haut champ et démontrer une voie vers un miroir tandem axisymétrique commercial pour la production d’énergie électrique à l’échelle du réseau, d’hydrogène et plus encore. Actuellement dans sa phase finale de construction pour atteindre le premier plasma, WHAM utilisera des bobines de supercondensation à haute température REBCO (miroirs de 17 T) avec un rayon d’alésage de 5,5 cm pour confiner les plasmas chauds et denses créés à l’aide de l’ECH à haute fréquence. Le scénario de chauffage RF et l’injection de NBI seront utilisés pour créer des ions rapides en sloshing. Des plasmas quasi-stationnaires (durée du plasma >> ralentissement des ions et temps de confinement caractéristiques) seront créés avec des températures d’électrons de 1 keV, des énergies d’ions moyennes de 20 keV et des densités proches de la limite de pression du plasma. L’une des missions de la technilogie WHAM est de démontrer des techniques avancées de hadling de particules en utilisant une interface de gettering en tantale (Ta) non évaporable pour une réduction efficace de la pression neutre dans le bord du plasma, ce qui limitera les pertes associées à l’échange de charges et améliorera les performances globales du plasma. Cet objectif est atteint grâce au développement d’un procédé à l’état solide basé sur l’impact de particules de poudre à grande vitesse – connu sous le nom de pulvérisation à froid – pour créer des revêtements de tantale sur des substrats en acier inoxydable (SS). Plusieurs paramètres de pulvérisation à froid ont été testés pour obtenir des revêtements denses et bien adhérents avec un niveau de porosité minimal. Des expériences récentes d’exposition au plasma et de recuit ultérieur ont démontré la capacité des revêtements à résister à l’impact d’une fluence de particules élevée (3e25 D/m2) et d’une température de surface élevée tout en conservant l’intégrité, la surface et la morphologie des revêtements. Des expériences de désorption thermique réalisées en collaboration avec le laboratoire PIIM (Aix-Marseille Université) ont révélé la grande capacité de stockage d’hydrogène des revêtements (plus de deux ordres de grandeur par rapport au tungstène fritté exposé aux mêmes conditions d’implantation de D). Enfin, les essais d’un PFC à grande échelle projeté à froid par Ta et doté d’une fonction de chauffage pour réguler l’adsorption et la libération de l’hydrogène sont en cours à l’UW-Madison.
En outre, cette recherche apporte une expertise sur les options de fabrication additive pour les premières parois fonctionnelles et les composants de déviation pour les stellarators et les tokamaks. Par exemple, le dispositif Helically Symmetric eXperiment (HSX) de l’UW-Madison – un stellarator à petite échelle – devrait être amélioré avec une puissance de chauffage importante (jusqu’à 800 kW de puissance injectée et des densités de plasma allant jusqu’à 1e19 m-3) et un déviateur pour tester le concept de déviateur non résonant dans des conditions de plasma détaché. Il est proposé d’imprimer en 3D des parties du HSX et d’utiliser la technologie de pulvérisation à froid pour ajouter des fonctionnalités aux PFC de l’appareil.

Biographie : Licence et maîtrise en physique, Université nationale V.N. Karazin de Kharkiv, Ukraine, 2015 ; maîtrise en ingénierie nucléaire, Université de Stuttgart (Allemagne) et Université de Gand (Belgique), 2017 ; doctorat en physique des plasmas et science des matériaux, CNRS, Aix-Marseille Université et CEA Cadarache (France), 2021. Plus d’informations ici

Seminaire de Hyeon K. Park – UNIST Fusion Plasma Laboratory (Corée du Sud)

Un séminaire animé par

Dr. Hyeon K. Park

professeur au departement de physique du UNIST (Corée du Sud) et directeur du UNIST Fusion Plasma Laboratory

intitulé :

Histoire, science et perspective du développement de l’énergie de fusion

aura lieu vendredi, 27 janvier à 10h30 dans la salle du Conseil – service 322 du laboratoire PIIM (Campus St. Jerome)

Résumé : La longue histoire de la recherche sur les plasmas de fusion est brièvement passée en revue et les leçons pertinentes seront soulignées. Après ces leçons, le facteur commun d’une variété de régimes de confinement améliorés revendiqués dans le plasma de fusion magnétique (par exemple, L-, H-, VH-, Super-H-, I-, Supershot-, High_beta_P-, RS-, ERS-, FIRE-mode, etc. En outre, l’étude des instabilités MHD par un nouvel outil de visualisation 2-D (Electron Cyclotron Emission Imaging system) a démontré la physique des MHD que nous comprenons et ce que nous ne comprenons pas. Sur la base des connaissances empiriques accumulées sur les plasmas de fusion toroïdaux, telles que les lois d’échelle pour le temps de confinement et les produits triples pour la puissance de fusion, une voie complète et efficace pour l’allumage est proposée, ainsi que la perspective d’ITER et la taille limite d’un éventuel dispositif de confinement magnétique compact pour l’allumage.

Bio: Hyeon K. Park est professeur au département de physique de l’UNIST (Ulsan National Institute of Science & Technology) et directeur du laboratoire de plasma de fusion de l’UNIST. Pour plus d’information cliquez ici.

Seminaire de Junji Yuhara – Université de Nagoya, School of Engineering (Japon)

Un séminaire animé par

Dr. Junji Yuhara,

professeur à l’université de Nagoya, School of Engineering (Japon)

intitulé :

Fabrication et caractérisation de matériaux bidimensionnels sur surface solide

aura lieu Mardi, 8 novembre à 15h30 dans la salle du Conseil – service 322 du laboratoire PIIM (Campus St. Jerome)

Résumé : Dans le cadre de mes activités de recherche, j’ai étudié les sujets suivants à l’aide de diverses techniques telles que LEED, AES, STM, LEIS, RBS, PES et ARUPS : (a) adsorbats métalliques binaires sur la surface de Si(111), (b) alliage bidimensionnel sur les surfaces métalliques, (c) composés intermétalliques et quasicristaux d’oxyde métallique, (d) surface d’oxyde et films minces d’oxyde métallique sur les surfaces métalliques, (e) surface d’acier inoxydable monocristallin et (f) matériaux post-graphène du groupe 14. Je passerai en revue certains de ces sujets au cours de ce séminaire.

Bio: Junji Yuhara est actuellement professeur associé au Département des sciences et de l’ingénierie de l’énergie de l’Université de Nagoya. En 1995, il a obtenu un doctorat en ingénierie à l’université de Nagoya, effectuant ses recherches au département de la science des matériaux cristallins. Il a été chercheur invité aux États-Unis, en Autriche et à Singapour. Ses recherches portent sur la synthèse et la caractérisation des matériaux 2D.

Mini-Workshop : “Complex dynamics of plasmas”

Un mini-workshop intitulé:

Complex dynamics of plasmas

organisé par Y. Elskens (PIIM laboratory, Aix-Marseille Université, CNRS) dans le cadre d’un projet CAPES/COFECUB

aura lieu
Lundi, 7 novembre entre 13h30 et 17h20
dans la salle du Conseil – service 322 du laboratoire PIIM (Campus St. Jerome) or by Zoom

Programme du Workshop :

  • 13:30 – 14:10 (30′ talk+10′ Questions/Answers), Nicolas Dubuit (PIIM laboratory, Aix-Marseille Université, CNRS) – “Statistics of transport in the vicinity of lagrangian coherent structures”
  • 14:10 – 15:00 (40′ talk+10′ QA), Ricardo Viana (Univ. São Paulo and Univ. Fed. Paraná, Curitiba) –Fractal escape basins in open chaotic systems”
  • 15:00 – 15:20, Coffee break
  • 15:20 – 16:00 (30′ talk+10′ QA), Matteo Faganello (PIIM laboratory, Aix-Marseille Université, CNRS) – “Kelvin-Helmholtz instability and induced magnetic reconnection at the Earth’s magnetopause”
  • 16:00 – 16:40 (30′ talk+10′ QA), Leonardo Osorio (Univ. São Paulo and Aix-Marseille Univ.) – “Shearless edge transport barriers in L-H transition
  • 16:40 – 17:20 (30′ talk+10′ QA), Dominique Escande (PIIM laboratory, Aix-Marseille Université, CNRS) – Description of magnetic field lines without arcanes”

Résumés :

  1. Nicola Dubuit – Statistics of transport in the vicinity of lagrangian coherent structures: Transport properties of magnetic fluctuations, in particular the role of Lagrangian Coherent Structures, are investigated from a statistical point of view in a sheared magnetic field. It is shown that field lines escape a tube (jet) over a finite length which is independent of tube size. However this escape length is not uniform in a chaotic sea, and in particular is minimum (indicating maximal transport) in the vicinity of Lagrangian Coherent Structures. Combined with the fact that LCS are not fixed but vary, both in time and with the velocities of particles, this could reduce their effectiveness as transport barriers in cases where other transport processes exist.
  2. Ricardo Viana Fractal escape basins in open chaotic systemsThe dynamics of chaotic orbits in non-integrable Hamiltonian systems is mostly determined by the fractal character of the homoclinic tangles. In open systems, the escape basin is the set of initial conditions (in phase space) leading to trajectories exiting the domain of interest through a given region. The escape basin boundary is a fractal curve, which leads to final-state uncertainty, a phenomenon that can be quantified using different techniques. In this talk I will describe some of them, in open Hamiltonian models of systems of interest in plasma physics.
  3. Matteo FaganelloKelvin-Helmholtz instability and induced magnetic reconnection at the Earth’s magnetopause: A 3D two-fluid simulation, using plasma parameters as measured by MMS on 8 September 2015, shows the nonlinear development of the Kelvin–Helmholtz instability at the Earth’s magnetopause. It shows extremely rich dynamics, including the development of a complex magnetic topology, vortex merging and secondary instabilities. Vortex induced and mid-latitude magnetic reconnection coexist and produce an asymmetric distribution of magnetic reconnection events. Off-equator reconnection exhibits a predominance of events in the Southern Hemisphere during the early nonlinear phase, as observed by satellites at the dayside magnetopause. The late nonlinear phase shows the development of vortex pairing for all latitudes while secondary Kelvin–Helmholtz instability develops only in the Northern Hemisphere, leading to an enhancement of the occurrence of off-equator reconnection there.
    Since vortices move tailward while evolving, this suggests that reconnection events in the Northern Hemisphere should dominate at the nightside magnetopause.
  4. Leonardo OsorioShearless edge transport barriers in L-H transition: Shearless transport barriers (STBs) have been extensively studied in several dynamical non-twist systems to control the chaotic transport. Those barriers are associated through the extrema of the rotation number profile and, because of that, they exhibit a strong resistance to perturbations. For magnetized plasmas, ExB drift wave transport models have shown that, on using non-monotonic plasma profiles, STBs can appear to prevent the particle flux. So, considering a tokamak with a large aspect ratio, R>>a, and on using an ExB wave transport model, we study the chaotic transport at the plasma edge when typical radial electric field profiles in LH-transition are taken. We show that, by doing this, STBs appear at the plasma edge and, as the depth of the well-like radial electric field increases, they become more resistant to perturbations, impeding almost any flux to the vessel chamber. In a sense, we show through a description of invariant shearless curves a L-H transition behaviour.
  5. Dominique EscandeDescription of magnetic field lines without arcanes: The action principles for magnetic field lines and for Hamiltonian mechanics are analogous. The first one can be deduced in a pedestrian way from first principles. It makes practical calculations simpler and safer, with an intuitive background. In particular, it is shown that the width of a magnetic island is proportional to the square root of the magnetic flux through a ribbon whose edges are the field lines related to the O and X point of the island. There is some beauty in the approach, which may provide a new pedagogical and intuitive introduction to Hamiltonian mechanics.

Seminaire de Anne Lafosse – Université Paris-Saclay, laboratoire ISMO (France)

Un séminaire animé par

Dr. Anne Lafosse, Professeur à l’Université Paris-Saclay, laboratoire ISMO, Saclay (France)

intitulé :

Quantififier l’incontournable contribution des interactions électrons-films moléculaires supportés – Nanolitographie et astrophysique

aura lieu Mardi, 30 mai à 14h30 dans la salle du Conseil – service 322 du laboratoire PIIM (Campus St. Jerome)

Résumé : Qu’ont en commun l’enrichissement chimique du milieu interstellaire et les processus de nanolithographie ? Les processus induits par les électrons au sein des films moléculaires déposés, respectivement, sur les grains de poussière interstellaires et sur les substrats à fonctionnaliser.
L’interaction de rayonnements énergétiques (RX, ions, électrons) avec un milieu condensé mène à la formation de bouffées d’électrons secondaires de basse énergie (<20 eV). Ces électrons créés au cœur du milieu irradié participent efficacement à sa modification chimique. Dans l’ensemble des contextes d’applications (astrochimie, dommages radiatifs, nanolithographie), un des enjeux important est de quantifier l’efficacité des processus induits, en termes de rendements, mais également de sections efficaces effectives et de doses requises.
L’approche proposée par le groupe “électrons-solides” est d’étudier directement les effets de l’irradiation électronique sur des interfaces déposées sur substrat en combinant : (i) l’analyse en masse quantitative des neutres désorbant pendant l’irradiation (ESD) et (ii) l’analyse des dépôts avant et après irradiation par analyse programmée en température (TPD) et par spectroscopie vibrationnelle HREELS (High Resolution Electron Energy Loss Spectroscopy).
Deux systèmes seront discutés, en termes de marqueurs quantitatifs extraits :
– la décomposition sous irradiation électronique d’un film d’un composé insaturé halogéné potentiellement intéressant pour le développement de résines lithographiques EUV,
– la désorption non-thermique issue de glaces moléculaires de méthanol CH3OH, avec une interprétation en lien avec les processus d’XESD (X-ray induced electron-stimulated desorption).

Bio : Anne Lafosse est professeure à l’Université Paris-Saclay, laboratoire ISMO. Elle est la cheffe d’équipe de Surface chemistry & slow electrons.

Seminaire de Haruhisa Nakano – National Institute for Fusion Science (Japan)

Un séminaire animé par

Dr. Haruhisa Nakano, Professeur au National Institute for Fusion Science, Gifu (Japan)

intitulé :

Neutral Beam Injection at the stellerator LHD (Large Helical Device)

aura lieu
lundi, 10 octobre à 14h00
dans la salle du Conseil – service 322 du laboratoire PIIM (Campus St. Jerome)

Résumé: L’amélioration de la puissance d’injection du deutérium dans les NBI (Neutral Beam Injectors) à base d’ions négatifs (n-NBI) pour le Large Helical Device (LHD) est rapportée. Le courant électronique co-extrait lors de l’accélération des ions négatifs de deutérium (ions D-) limite la puissance d’injection. Le courant électronique est réduit en diminuant l’espace d’extraction, et le courant D- injecté évalué à partir de la puissance d’injection a augmenté de 46 à 55 A. Une plus grande réduction des électrons a été obtenue en installant une structure appelée ” clôture électronique ” (EF, electron fence), avec laquelle la puissance du faisceau D- a été améliorée avec succès de 2,0 MW à 3,0 MW. La puissance d’injection dans trois configurations – sans clôture électronique, avec une clôture électronique à 5 mm et à 7 mm de la surface de la grille de plasma (PG) – a été comparée dans les deux cas d’opérations d’hydrogène et de deutérium, et il a été constaté que la configuration avec la clôture électronique à 5 mm était la meilleure pour satisfaire aux performances d’injection d’hydrogène et de deutérium. Bien que le courant d’électrons co-extraits soit réduit dans les sources d’ions négatifs appliquées pour JT-60SA et ITER en utilisant le filtre PG, il est possible d’obtenir une réduction plus efficace des électrons en combinant le filtre PG et le EF.

Seminaire de Justin Little – University of Washington (USA)

Un séminaire animé par

Dr. Justin Little, Professeur à l’université de Washington, Seattle (USA)

intitulé :

Mode Transitions in Low-Temperature Aerospace Plasmas

aura lieu jeudi, 14 septembre à 14h30 dans la salle du Conseil – service 322 du laboratoire PIIM (Campus St. Jerome)

Résumé : Les plasmas de laboratoire peuvent connaître des transitions abruptes entre les modes de fonctionnement au cours desquelles la structure ou la dynamique du plasma subissent un changement soudain. De nature non linéaire, ces transitions de mode résultent généralement de l’existence de plusieurs états stables du plasma. Lors du développement de nouvelles sources de plasma, les transitions entre états se produisent généralement de manière mystérieuse et souvent inattendue. Les transitions de mode imprévisibles sont particulièrement problématiques pour la conception de nouvelles technologies aérospatiales basées sur le plasma, comme les systèmes de propulsion électrique. Des modèles détaillés de la physique et de la mise à l’échelle des transitions de mode sont essentiels pour garantir que les nouveaux systèmes se comportent comme prévu dans la plage de fonctionnement souhaitée. Dans cet exposé, je présenterai des recherches expérimentales et théoriques sur la nature des transitions de mode pour deux technologies émergentes. La première technologie est le propulseur à plasma hélicoïdal, un concept de propulsion sans électricité qui repose sur le chauffage et l’accélération du plasma par radiofréquence à travers une buse magnétique. La seconde technologie, la magnétoshell à plasma, est un concept d’aérocapture qui utilise un plasma magnétisé pour générer une traînée sur un engin spatial lors de son entrée dans une atmosphère planétaire. Je terminerai en soulignant le potentiel des nouvelles techniques de science des données pour réaliser des avancées significatives dans la découverte et l’analyse des transitions de mode du plasma.

Bio : Le professeur Little est professeur adjoint au département d’aéronautique et d’astronautique William E. Boeing de l’université de Washington. Il a obtenu une licence en physique et en ingénierie aérospatiale à l’Université de Californie, Irvine, et un doctorat en ingénierie mécanique et aérospatiale à l’Université de Princeton. Les recherches du professeur Little visent à comprendre comment la physique des plasmas à basse température influence les performances et la conception des technologies de propulsion électrique émergentes. Ses méthodes de recherche mettent l’accent sur une relation étroite entre la modélisation théorique d’ordre réduit et la conception d’expériences innovantes pour explorer l’échelle fondamentale de la physique dominante. Il est titulaire d’une bourse d’études supérieures en sciences et ingénierie de la Défense nationale et lauréat du programme de jeunes chercheurs de l’AFOSR. https://www.aa.washington.edu/facultyfinder/justin-little