Seminaire de Audrey Chatain – Universidad del Pais Vasco/Espagne et Southwest Research Institute/Etats-Unis

Un séminaire animé par

Dr. Audrey Chatain, postdoc à l’Universidad del Pais Vasco (Espagne) et Southwest Research Institute (Etats-Unis)

intitulé :

Croissance et évolution d’aérosols organiques dans des plasmas N2-CH4 et N2-H2 pour étudier l’ionosphère de Titan

aura lieu mardi, 5 juillet à 10h30 dans la salle du Conseil – service 322 du laboratoire PIIM (Campus St. Jerome)

Résumé : Le système climatique de la lune de Saturne Titan est gouverné par la production intense d’aérosols organiques dans sa haute atmosphère. Ce phénomène s’est aussi certainement produit sur Terre au moment de l’apparition de la vie. Ces deux points motivent fortement les recherches sur les processus de formation et d’évolution des aérosols dans l’atmosphère de Titan. Les aérosols se forment et restent plusieurs semaines dans l’ionosphère, étendue d’environ 900 à 1200 km d’altitude. Cette région de l’atmosphère est ionisée par le rayonnement solaire UV et des particules énergétiques provenant de la magnétosphère de Saturne. Des espèces plasma très réactives sont ainsi présentes : des radicaux, des espèces excitées, des ions et des électrons. Dans un tel environnement, il est plus que légitime de s’intéresser à l’interaction entre les aérosols organiques et le plasma.

Ce phénomène est simulé en laboratoire, en collaboration entre le LATMOS et le LPP. Des analogues d’aérosols de Titan (appelés ‘tholins’) sont créés dans une décharge CCP RF en N2-CH4. Le carbone de CH4 permet la croissance rapide des grains. Pour étudier séparément les effets de ‘vieillissement’ induits par les espèces formées uniquement d’azote et d’hydrogène, les tholins sont dans un second temps exposés à une décharge plasma en N2-H2. Les observations montrent qu’à la fois les grains et la phase gaz évoluent. Les atomes H et N interagissent chimiquement avec les aérosols. Puis, du cyanure d’hydrogène (HCN) ainsi que d’autres molécules organiques sont éjectées en phase gaz par le bombardement ionique. Ces résultats mettent en évidence une contribution importante des processus hétérogènes dans l’ionosphère de Titan.

Image des tholins tout juste produits dans un plasma N2-CH4 (à gauche) et après exposition à un plasma N2-H2 (à droite).

Bio : Les recherches d’Audrey Chatain se concentrent sur l’atmosphère de Titan, la plus grande lune de Saturne. L’ionosphère de Titan est le lieu d’une production industrielle d’aérosols organiques, d’un intérêt exceptionnel pour l’étude des particules organiques prébiotiques. En thèse, Audrey a conçu une nouvelle expérience permettant d’évaluer l’interaction entre les aérosols organiques et les espèces du plasma de l’ionosphère de Titan. Elle a également étudié l’impact des aérosols sur les populations d’électrons in situ dans l’ionosphère de Titan grâce aux observations de la mission Cassini. En postdoc, Audrey a rejoint l’équipe de la mission Dragonfly (NASA), un drone de 500 kg qui explorera la surface de Titan en 2034. Elle participe à la préparation des sondes de champs électriques – qui permettront notamment de détecter le mouvement d’aérosols chargés à la surface – ainsi qu’au développement des modèles atmosphériques nécessaires au bon déroulé de la mission.

La présentation sera précédée par un petit-dejeuner d’accueil à 10h00.

Seminaire de Chijin Xiao – University of Saskatchewan

Un séminaire animé par

Dr. Chijin Xiao, professeur à l’université de Saskatchewan (Canada)

intitulé :

Etude de l’interaction plasma-paroi à l’Université de Saskatchewan

aura lieu Jeudi, 16 juin à 14h30 dans la salle du Conseil – service 322 du laboratoire PIIM (Campus St. Jerome)

Résumé : La densité de puissance envisagée sur les composants en contact avec le plasma, en particulier sur le divertor, dans les futurs tokamaks, tels qu’ITER, dépassera largement 1 MW/m2. Une densité de puissance élevée endommagera non seulement les composants en contact avec le plasma, mais générera également des poussières contenant du tritium. Pour les tokamaks sphériques compacts à champ magnétique élevé, la densité de puissance est encore plus élevée. L’étude de l’interaction plasma-paroi (PPI) est importante non seulement pour choisir les matériaux de première paroi appropriés, mais aussi pour comprendre le transport des particules de poussière produites par la PPI. À l’Université de Saskatchewan, le tore compact (CT), un plasmoïde à haute densité et à grande vitesse confiné par son propre champ magnétique, et le foyer de plasma dense (DPF), une excellente source de plasma pour produire des faisceaux d’ions à haut flux et à haute énergie dans notre cas, sont utilisés comme sources de plasma pour étudier la PPI sur differents échantillons. Un distributeur de poussière a été conçu et caractérisé pour introduire des particules de poussière dans la décharge du tokamak STOR-M ou pour être incorporé dans les CTs afin d’injecter des CTs contenant de la poussière au cœur des décharges STOR-M. Cet exposé présentera les caractéristiques des sources de plasma utilisées, quelques résultats expérimentaux pour les études PWI, et les plans pour les études de la dynamique des poussières dans le tokamak STOR-M.

Bio :Chijin a obtenu un baccalauréat et une maîtrise en sciences de l’Université des sciences et de la technologie de Chine, à Hefei, et un doctorat en sciences naturelles de l’Université de la Ruhr, à Bochum, en Allemagne, tous spécialisés en physique des plasmas. Il a rejoint le laboratoire de physique des plasmas de l’université de Saskatchewan, d’abord en tant que boursier postdoctoral, puis en tant qu’associé de recherche, avant de rejoindre la faculté du département de physique et d’ingénierie physique de l’université de Saskatchewan. Dr Xiao est actuellement professeur titulaire à l’Université de Saskatchewan.
Les recherches de M. Xiao portent sur la physique et l’ingénierie des plasmas pour la recherche sur la fusion et les applications industrielles, en particulier la production et le diagnostic des plasmas. Au cours de sa carrière, M. Xiao a travaillé sur une variété de dispositifs à plasma, notamment le tokamak STOR-M, les injecteurs à tore compact, le foyer à plasma dense et les dispositifs à plasma RF et micro-ondes. Le Dr Xiao a formé de nombreux PHQ, dont des étudiants en doctorat et en maîtrise, des PDF et un ingénieur de recherche. Le Dr Xiao est actuellement le chercheur principal pour le tokamak STOR-M. Il est l’auteur et le co-auteur de plus de 130 articles de journaux.

La présentation sera précédée par un gouter d’accueil à 14h00.

Seminaire de Laurent Lamy – LESIA, OBSPM, Paris et LAM, Marseille

Un séminaire animé par

Dr. Laurent Lamy, Astronome adjoint au LESIA à l’Observatoire de Paris

intitulé :

Etudier les magnétosphères du système solaire et au-delà à l’aide d’observations radio : de l’exploration spatiale in situ au Square Kilometer Array (SKA)

aura lieu Mardi, 31 mai à 10h30 dans la salle du Conseil – service 322 du laboratoire PIIM (Campus St. Jerome)

Résumé : Les magnétosphères des planètes du système solaire sont le siège de rayonnements auroraux électromagnétiques intenses, observés dans différentes gammes spectrales, et notamment en radio basse fréquence (grandes longueurs d’onde). Plusieurs décennies d’observations radio spatiale in situ (de Viking/Voyager à Cassini/Juno) et sol (comme celles du Réseau Décamétrique de Nançay) de ces objets nous ont permis de comprendre le diagnostic que ces observations apportent pour l’étude et la caractérisation des magnétosphères planétaires. Elles ont également révélé un mécanisme d’émission non thermique commun, l’instabilité Maser Cyclotron électronique, qui permet d’amplifier de manière très efficace des ondes radio polarisées circulairement à partir d’électrons accélérés à des énergies cinétiques de quelques keV dans des régions peu denses en plasma et fortement magnétisées. L’avènement de radiotélescopes géants (comme LOFAR, NenuFAR et bientôt SKA) promet d’élargir considérablement le nombre de magnétosphères détectées, avec déjà quelques dizaines de cas d’émissions radio en provenance d’étoiles, de naines brunes et d’exoplanètes possibles identifiées.

 

Bio : Laurent Lamy est astronome-adjoint au Laboratoire d’Etudes Spatiales et d’Instrumentation en Astrophysique (LESIA) de l’Observatoire de Paris, détaché au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM). Il est spécialiste de l’étude comparée des plasmas spatiaux, des magnétosphères planétaires et des processus auroraux. Il est impliqué scientifiquement dans différents instruments radio spatiaux (Cassini, Juno, JUICE) et sol (télescopes de Nançay, NenuFAR, Réseau décamétrique, LOFAR, SKA).

La présentation sera précédée par un petit déjeuner d’accueil à 10h00.

Séminaire de Sylvain Bertaina – IM2NP/ CNRS / Aix Marseille Université

Un séminaire animé par

Dr. Sylvain Bertaina du laboratoire IM2NP

intitulé Dynamique quantique cohérente des defauts dans les chaines de spin : création et control des qubits de soliton aura lieu Mardi, 05 avril à 10h30 Dans la salle du Conseil – service 322 du laboratoire PIIM (Campus St. Jerome)

Résumé : L’étude de la cohérence quantique est devenue un enjeu majeur pour la réalisation de qu-bit (brique fondamentale de l’ordinateur quantique). Généralement la cohérence quantique des spins électroniques est liée à la dilution de ces spins dans une matrice non magnétique.Cependant une autre approche est possible. Plutôt que de limiter les interactions décohérentes il est possible d’utiliser les fortes corrélations présentes dans une chaîne de spins isotropes. En brisant la symétrie de translation par un defaut non magnétique (par exemple une fin de chaîne ou un défaut d’empilement), celui-ci polarize de nombreux spins autour de lui formant un cluster de N spin mais dont l’état dondamental est S=1/2.  Cet object possède à la fois les propriétés dynamiques d’un spin S=1/2 (et donc d’un qubit) mais sa cohérence est en grande partie contrôlée pour l’interaction d’échange de la chaine.Dans cette présentation je montrerai comment la résonance paramagnétique électronique nous a permis d’étudier la cohérence de cet objet et comment le fort couplage d’échange réduit considérablement l’effet des bains de spins (nucléaire et électronique) sur la cohérence du défaut.

Bio : Dr. Sylvain Bertaina est chargé de recherche au laboratoire IM2NP (Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence) dans l’équipe Magnétisme. Son domaine de recherche porte sur l’étude des propriétés magnétiques exotiques dans la matière condensée.

Séminaire de Audric Husson – CNRS / Université de Bordeaux

Un séminaire animé par

Dr. Audric Husson
LP2I Bordeaux CNRS/IN2P3 et université de Bordeaux, France

intitulé

Utilisation des pièges à ions pour la spectrométrie de masse haute résolution et la purification de faisceaux d’ions radioactifs.

aura lieu
Vendredi, 25 mars à 10h30
Dans la salle du Conseil – service 322 du laboratoire PIIM (Campus St. Jerome)

Résumé : La connaissance de la structure du noyau atomique a connu de nombreux progrès grâce à l’étude des noyaux radioactifs produits auprès d’accélérateurs de particules. Que ce soit pour l’étude des noyaux exotiques ou pour l’étude des interactions fondamentales, l’accélérateur SPIRAL2 installé au GANIL (Grand Accélérateur National d’Ions Lourds) à Caen permettra dans les années à venir de produire des noyaux qui étaient jusqu’à présent inaccessibles. Ce dernier proposera une grande variété de noyaux exotiques – dont beaucoup seront produits pour la toute première fois – qui seront envoyés vers la nouvelle installation expérimentale DESIR pour réaliser des expériences à basse énergie qui détermineront leurs propriétés fondamentales telles que le mode de désintégration, la demi-vie, la masse, le rayon de charge et la forme.
Malheureusement, la production d’espèces radioactives est extrêmement peu sélective. En effet, alors que les nucléides les plus exotiques seront produits en quantités à peine détectables, ils seront accompagnés d’une grande quantité d’isotopes et de molécules de masse similaire mais de bien moindre intérêt. Cela pose non seulement un problème de radioprotection, mais une trop grande radioactivité due à ces éléments non désirés peut également endommager les équipements de détection et nuire à la qualité des mesures. Aujourd’hui, les techniques de séparation en masse à haute résolution sont devenues indispensables pour permettre la purification de ces faisceaux d’ions.

Parmi ces techniques, les pièges de Penning se sont imposés comme des outils de choix. Jusqu’à présent essentiellement dédiés à la mesure de masse des noyaux exotiques, ces pièges avec un pouvoir de résolution élevé sont maintenant utilisés pour la séparation des isotopes sur la plupart des installations de faisceaux radioactifs dans le monde.

Sans jamais entrer dans les détails théoriques de la physique nucléaire, je vous propose de découvrir comment la spectrométrie de masse haute résolution en physique nucléaire et l’utilisation des pièges de Penning a pu bénéficier à la purification des faisceaux d’ions radioactifs. En partant de l’exemple de la future installation DESIR au GANIL, je vous présenterai comment les techniques de piégeage d’ions permettent de séparer les différentes espèces ioniques avec un pouvoir de résolution pouvant atteindre 10^5. Enfin, au-delà de la purification des faisceaux d’ions radioactifs, je vous présenterai les techniques de mesure de masse récemment mises au point qui permettront dans les années à venir d’augmenter encore la résolution en masse de ces systèmes avec l’exemple de l’expérience PIPERADE.

Bio : Dr. A. Husson a soutenu sa thèse au CSNSM à Orsay sous la direction de David LUNNEY en travaillant sur une expérience dédiée à l’antimatière baptisée GBAR. Pendant sa thèse, il a travaillé sur des systèmes d’optique faisceau ainsi que sur des pièges à ions dédiés au refroidissement et l’accumulation d’antimatière (notamment d’antiprotons).Par la suite, il a rejoint en tant que postdoc, la collaboration PUMA dont l’objectif est de développer un piège à ions électromagnétique transportable afin de capturer, transporter puis utiliser des antiprotons comme sondes pour la matière nucléaire. C’est notamment pendant ce postdoctorat que il s’est familiarisé avec la physique nucléaire.Poursuivant dans le domaine du piégeage d’ions, il s’est tourné vers les techniques de séparation et de préparation des faisceaux d’ions radioactifs pour la physique nucléaire. Il travaille aujourd’hui pour un projet baptisé PIPERADE (le nom ne s’invente pas) dont l’objectif est d’adapter des techniques de mesure de masse haute résolution à la purification des faisceaux d’ions (sujet du séminaire).

La présentation sera précédée par un petit déjeuner d’accueil à 10h00. Tout le monde (même qui ne pourra pas assister au séminaire) est invité à partager un café avec l’orateur ainsi qu’avec les collègues du laboratoire.

Séminaire de Matheus Lazarotto – Université de São Paulo, Brésil

Résumé En considérant un système hamiltonien avec un potentiel périodique 2D, nous discutons des résultats numériques sur le rôle du chaos dans les transitions non triviales de la diffusion des particules. Sous la variation des paramètres de contrôle, la structure topologique de l’espace de phase est analysée.
 
Bio : Matheus Lazarotto est doctorant à l’Université de São Paulo (Brésil). Il effectue actuellement un séjour de 6 mois au laboratoire PIIM au sein de l’équipe “Turbulence Plasma” dans le cadre du programme CAPES/COFECUB. Titulaire d’une licence en physique et d’une maîtrise en dynamique moléculaire, il travaille actuellement sur les systèmes hamiltoniens dynamiques et le chaos, en particulier sur les modèles chaotiques de basse dimension dans les potentiels de réseau et l’interaction onde-particule.
En fonction des conditions sanitaires, la présentation sera précédée par un petit déjeuner d’accueil à 10h15.

Séminaire de Guillaume Brochard (Université de Californie, Irvine)

Résumé : Le transport de particules énergétiques (EP) dans les tokamaks constitue un problème fondamental pour les plasmas en combustion car il peut avoir un impact négatif sur l’efficacité énergétique de la réaction et menacer l’intégrité de la machine. Les simulations premiers principes sont donc essentielles pour élaborer des scénarios plasmas qui peuvent atténuer ces effets. Cependant, pour être réalistes, ces simulations doivent incorporer une large gamme d’échelles spatiales, le transport d’EPs pouvant provenir de la microturbulence, de modes propres d’Alfvén, d’instabilités MHD globales, et des interactions non-linéaires qui peuvent exister entre chacun de ces canaux de transport.

Le code gyrocinétique global (GTC) a été utilisé précédemment pour l’étude du transport d’EPs induit par la microturbulence et les modes propres d’Alfvén. GTC est maintenant appliqué pour la simulation de modes MHD macroscopiques dans les plasmas de DIII-D et ITER. La capacité du code à simuler les modes MHD induits par le courant plasma est d’abord démontrée en effectuant une vérification et une validation linéaire de l’instabilité de kink interne dans les plasmas de DIII-D avec des codes gyrocinétique (GTC) et MHD-cinétiques (GAM-solver, M3D-C1/K, NOVA, XTOR-K). En utilisant une géométrie magnétique réaliste et des profils plasma d’une décharge DIII-D, ces codes montrent d’excellents accords pour le taux de croissance et la structure de mode du kink interne n=1 dans la limite de la MHD idéale, en supprimant tous les effets cinétiques. Les structures de mode radiales, obtenues à partir de simulations linéaires, sont en accord raisonnable avec la mesure de l’émission cyclotronique électronique en ajustant, dans les limites de l’incertitude expérimentale, la position de la surface flux q=1 dans la reconstruction de l’équilibre MHD.  En outre, on constate que les effets cinétiques des ions thermiques diminuent le taux de croissance du kink dans les simulations MHD-cinétiques, mais l’augmentent dans les simulations gyrocinétiques, en raison du drive supplémentaire apportée par le gradient de température des ions et du champ électrique parallèle.

La capacité MHD validée de GTC est ensuite appliquée à l’étude de l’instabilité fishbone dans les plasmas d’ITER. Un scénario ITER baseline de préfusion est considéré dans cette analyse dans le cadre des activités ITPA-EP. Une décharge DIII-D associée est sélectionnée pour la comparaison expérimentale des résultats numériques, la sélection étant faite en termes de profil de q, de bêta normalisé et de profils plasmas similaires. La décharge sélectionnée présente des oscillations fishbones , entraînés par les ions rapides provenant de l’injection d’un faisceau de neutres (NBI). On constate que les modes fishbones sont déclenchés par les particules énergétiques pour les configurations DIII-D et ITER, avec des structures de mode similaires. Les résultats non-linéaires préliminaires obtenus avec GTC révèlent une décroissance de la fréquence du mode associée à un transport résonnant d’EPs, qui sont des signatures clés de l’instabilité fishbone.

Brève biographie : Guillaume Brochard est chercheur post-doctoral à l’Université de Californie, Irvine, dans l’équipe du Professeur Zhihong Lin. Ses recherches portent sur le transport de particules énergétiques et les instabilités dans les plasmas de tokamak. Il a effectué son doctorat au CEA Cadarache / CPHT Ecole Polytechnique sous la direction du Dr Hinrich Lütjens et du Dr Rémi Dumont.

En fonction des conditions sanitaires, la conférence sera précédée d’un petit-déjeuner de bienvenue à 10h00.

Séminaire d’Alan Durif (CEA/IRFM)

un séminaire animé par
Dr. Alan Durif 
IRFM (CEA-Cadarache) 
intitulé
Outils d’évaluation des dommages causés par le tungstène dans un réacteur à fusion thermonucléaire
aura lieu
Mercredi, 1er décembre à 10h30
Dans la salle du Conseil – service 322 du laboratoire PIIM (Campus St. Jerome)
Résumé :  L’un des objectifs de la R&D dans le cadre du programme européen sur l’énergie de fusion est d’établir une base physique et technologique pour une évacuation fiable de l’énergie pendant toutes les situations opérationnelles d’une centrale DEMOstrationnelle [1]. Les cibles du divertor en tungstène sont les composants de la cuve les plus chargés thermiquement dans un réacteur de fusion. Conformément à la conception adoptée pour ITER, le PFC (Plasma Facing Component) de base du divertor DEMO est constitué de tungstène comme matériau de blindage [1]. La durée de vie du PFC est affectée par la dégradation du matériau sous différentes charges, notamment le HHF (High Heat Flux) et l’irradiation neutronique [2]. Une perte des propriétés mécaniques due à la recristallisation et une fragilisation due à l’irradiation neutronique ont été signalées. Les derniers développements en matière de modélisation par éléments finis permettent de prédire la durée de vie des composants sous charge HHF en tenant compte de l’influence de l’irradiation neutronique et du changement progressif des propriétés mécaniques dû à la recristallisation [3].
Intervenant : Alan Durif est ingénieur à l’Institut de Recherche sur la Fusion Magnétique (IRFM) du Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA).
Références :
[1] G. Federici et al., Fusion Eng. Des., vol. 109–111, no. 2016
[2] S. Nogami, et al, Journal of Nuclear Material 543 (2021) 152506
[3] A.Durif et al, International Journal of Fracture, 2021.
 
La présentation sera précédée par un petit déjeuner d’accueil à 10h00.