Laboratoire : PIIM/Equipe Turbulence Plasma

Superviseurs : Alexandre Escarguel et Laurence Cherigier-Kovacic

Tel: 06 42 54 87 97

Email : alexandre.escarguel@univ-amu.fr; laurence.kovacic@univ-amu.fr

Objet : Diagnostic optique du champ électrique dans un plasma magnétisé par émission Lyman-alpha stimulée (EFILE).

Description du sujet :

Cadre du projet et description de l’expérience :

Les plasmas résultent de l’ionisation partielle ou totale de gaz neutres. Le couplage entre les champs (électrique, magnétique) et les particules chargées conduit à des effets collectifs et à des turbulences, spécifiques à ces milieux. Leur comportement et leurs domaines d’application dépendent de la température des ions : les plasmas froids sont utilisés dans l’industrie pour le traitement de surface (gravure de circuits,) ; les plasmas chauds sont produits dans les tokamaks (Tore-Supra, ITER…) afin de produire de l’énergie à partir de la fusion contrôlée. Dans les deux cas, il est essentiel de déterminer les paramètres fondamentaux associés aux espèces chargées présentes dans les plasmas.

L’équipe Turbulence Plasma a développé un diagnostic optique (EFILE) pour la mesure directe d’un champ électrique dans le vide ou dans un plasma [1, 2]. Ce diagnostic est basé sur l’émission de la raie Lyman-α par un faisceau sonde d’hydrogène dans l’état 2s soumis à un champ électrique. En raison du couplage 2s-2p créé par le champ, les atomes du niveau 2s (métastable) sont transférés au niveau 2p, qui se désexcite ensuite rapidement jusqu’au niveau fondamental. L’intensité de l’émission Lyman-α induite par le champ électrique est proportionnelle au carré de l’amplitude du champ. Ce diagnostic a été validé expérimentalement dans une configuration cylindrique simple, dans le vide et dans un plasma non magnétisé. 

Objectif et description du sujet :

L’objectif est de mesurer le champ électrique dans un plasma magnétisé. Le diagnostic EFILE est mis en œuvre sur la machine MISTRAL de l’équipe Turbulence Plasma du laboratoire PIIM. La machine MISTRAL [3, 4] produit une colonne de plasma froid dans un champ magnétique linéaire, sur une large gamme de paramètres. Il s’agit d’une machine de recherche fondamentale dont la configuration linéaire simplifie l’étude des instabilités dans un plasma magnétisé (par rapport aux tokamaks où la courbure du champ magnétique induit des phénomènes plus complexes). Mistral est le dispositif idéal pour valider le diagnostic EFILE qui est un moyen unique de mesurer le champ électrique de manière directe et non intrusive.

Le travail actuel se concentre sur l’étude de l’influence du champ magnétique sur la mesure d’un champ électrique de manière directe et non intrusive en différents points le long du rayon de la machine. Ces deux aspects sont étudiés dans le vide ou dans un plasma, indépendamment l’un de l’autre, afin de bien comprendre l’influence du champ magnétique sur le diagnostic.

Le candidat sélectionné procédera à la mesure du champ électrique qui,magnétique, est responsable de la rotation des instabilités non linéaires de la colonne de plasma [5, 6].

L’objectif général de ce travail est de développer un diagnostic pour la mesure absolue d’un champ électrique statique ou oscillant qui peut être transféré à différents systèmes et appliqué à divers problèmes de recherche actuels en physique des plasmas. Dans ce cadre, le diagnostic sera appliqué par le candidat à l’étude des gaines de plasma, une question interdisciplinaire impliquant les plasmas froids, les plasmas chauds, les mathématiques appliquées, les théories, les simulations et les expériences [4].

Ce projet est financé par la FR-FCM (Fédération de Recherche sur la Fusion Contrôlée par Confinement Magnétique).

Reférences

[[1] L. Chérigier-Kovacic, P. Ström, A. Lejeune and F. Doveil, Review of Scientific Instruments 86, 063504(2015); doi: 10.1063/1.4922856

[2] L. Chérigier-Kovacic, Static and RF electric field direct measurement based on Lyman-a emission from a hydrogen probe beam ; Invited talk @ XXXIV ICPIG conference, July 14-19 2019, Sapporo, Japan.

[3] A. Escarguel, ExB workshop, nov 2018, Princeton Plasma Physic Lab, USA.

[4] Atelier Gaine Plasma 4-6 novembre 2024, Marseille, https://gaine2024.sciencesconf.org/?lang=fr (consulté le 30 novembre 2024).