Par nature, un plasma est composé de particules chargées qui, en réponse aux champs électromagnétiques qu’elles génèrent ou qui leur sont appliqués, présentent des comportements collectifs dont découle la quasi-neutralité à des échelles spatiales supérieures aux longueurs de Debye.

Cette propriété s’effondre lorsque le plasma rencontre une frontière solide où une gaine non neutre se forme à des échelles de longueur de Debye et, potentiellement, a un impact profond sur la dynamique globale, c’est-à-dire loin des frontières.

La dynamique des ions et des électrons, en raison de leur différence de masse, évolue à des échelles temporelles différentes. En particulier, lorsqu’ils s’approchent d’un objet externe, qui peut être une frontière de dispositif dans les expériences ou des corps dans des contextes astrophysiques, des phénomènes physiques multi-échelles émergent, en particulier lorsque la gaine est formée. Les surfaces immergées dans un plasma peuvent émettre des électrons secondaires qui modifient la physique de la gaine. De plus, certaines théories numériques prédisent une « gaine inverse » [1].

La physique de la gaine du plasma est d’un intérêt majeur dans les domaines de la physique de laboratoire, de l’astrophysique et de la fusion par confinement magnétique (tokamaks,…). De nombreuses études ont été consacrées à la compréhension de la gaine de plasma [2]. Cependant, les comparaisons entre les modèles théoriques et l’expérience peuvent parfois montrer des désaccords, en particulier dans la gaine où des électrons secondaires sont émis [1, 3, 4].

Dans ce contexte, le premier objectif de ce stage est d’améliorer la comparaison entre les modèles (déjà existants) et les expériences de gaine de plasma électrostatique. Les modèles développés seront comparés aux résultats expérimentaux sur les gaines émissives obtenus par le groupe expérimental du laboratoire PIIM. Le deuxième objectif du stage est d’améliorer le modèle ajoutant l’impact d’un champ magnétique oblique sur les propriétés de la gaine.

Il s’agit ici d’améliorer la connaissance fondamentale des mécanismes physiques en jeu dans une gaine de plasma magnétisé qui est cruciale pour les plasmas de fusion.

L’étudiant doit avoir des connaissances de niveau master en mathématiques, en calcul numérique et en physique des plasmas pour effectuer des calculs théoriques et participer au développement de codes numériques.

Il aura à sa disposition les codes fluides [5] et cinétiques développés au PIIM.

Le stage de maîtrise sera supervisé au laboratoire PIIM par M. Muraglia.

Ce sujet est associé à un sujet de thèse financé par AMIDEX qui sera dirigé par M. Muraglia et co-dirigé par G. Fubiani (laboratoire Laplace à Toulouse) et supervisé par N.Claire (PIIM).

Références

[1] M. D. Campanell, Phys. Rev E 88, 033103 (2013)

[2] R. N. Franklin, J. Phys. D: Appl. Phys. 36, R309 (2003)

[3] V. Pigeon et al, Phys. Plasmas 27, 043505 (2020)

[4] D. Coulette et al, Phys. Plasmas 22, 0043505 (2015)

[5] J-H Mun et al [tPhys. Plasmas 31, 073906 (2024)]

[6] M. D. Campanell and M.V. Umansky, Physics of Plasmas 24, 057101 (2017)