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Jiang, Yuchao. Quelques problèmes de physique et simulation particulaire de plasmas froids partiellement magnétisés et de sources d'ions

Jiang, Yuchao (2020). Quelques problèmes de physique et simulation particulaire de plasmas froids partiellement magnétisés et de sources d'ions.

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Résumé en francais

Dans cette thèse, nous illustrons certains des enjeux de la physique et de la modélisation des plasmas partiellement magnétisés avec trois exemples spécifiques qui correspondent aux études en cours au sein du groupe GREPHE du laboratoire LAPLACE: 1) Extraction d'électrons dans les sources d'ions négatifs pour l'injection de faisceaux neutres en fusion 2) Instabilités dans les décharges magnétron et propulseurs à courant de Hall 3) Confinement de plasma par festons magnétiques ("magnetic cusps") - Dans l'étude des sources d'ions négatifs pour la fusion, le groupe GREPHE a pour objectif de mieux comprendre la physique de la source d'ions négatifs, et plus spécifiquement, les questions du transport du plasma à travers le filtre magnétique et de l'extraction des ions négatifs du plasma. L'un des problèmes importants de ces sources d'ions négatifs est de minimiser le courant d'électrons qui sont co-extraits avec les ions négatifs. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur cet aspect et nous essayons de comprendre et de quantifier comment les électrons peuvent être extraits à travers une ouverture de grille quand un "cusp" magnétique est placé devant l'ouverture. Nous discutons, à l'aide de simulations 3D PIC MCC (Particle-In-Cell Monte Carlo Collisions), les contributions des différentes dérives électroniques (dérive ExB, dérive Grad B et dérive de courbure) et des instabilités à l'extraction d'électrons à travers une ouverture de la grille. - Les propulseurs à courant de Hall et les décharges magnétron sont des dispositifs cylindriques à champs croisés (ExB, champ magnétique B radial et champ électrique E axial). On sait depuis longtemps que des instabilités sont présentes dans ces décharges, conduisant à un transport d'électrons anormal important. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur un type particulier d'instabilité (non-uniformité en rotation, ou "rotating spoke"), qui est présent dans les propulseurs à courant de Hall et les décharges de magnétron et qui apparaît dans les expériences comme une non-uniformité lumineuse se déplaçant dans la direction azimutale. Dans ce travail, nous utilisons une simulation 2D PIC MCC pour effectuer une étude paramétrique de cette instabilité. Nous montrons que, dans certaines conditions où ces non-uniformités ont été observées dans les expériences, la dérive des électrons Grad B joue un rôle majeur dans le chauffage des électrons et dans la formation et l'entretien de ces "rotating spokes". - Les festons magnétiques ("magnetic cusps") sont utilisés depuis plus de 60 ans pour confiner le plasma dans une grande variété de conditions. Un paramètre important caractérisant le confinement du plasma est la surface effective de pertes de particules chargées en présence de ces festons magnétiques. Certaines théories semi-empiriques ont été proposées pour quantifier la surface de perte effective et leurs prédictions ont été comparées à de nombreux résultats expérimentaux. Malgré ces efforts, il n'y a pas d'expression totalement fiable de la perte effective de particules chargées en fonction de différents paramètres tels que le champ magnétique, la température des électrons, la masse ionique, la pression du gaz, etc... Nous décrivons dans cette thèse une tentative de détermination de lois d'échelle pour la surface de perte effective de particules chargées en présence de festons magnétiques, basée sur des simulations 2D PIC MCC.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Boeuf, Jean-Pierre
Fubiani, Gwenael
Ecole doctorale:Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire PLAsma et Conversion d'Energie (LAPLACE), UMR 5213
Mots-clés libres :Plasma froids - Partiellement magnétisé - Source d'ions négatifs - Décharge magnétron - Festons magnétiques
Sujets :Physique
Déposé le :27 Oct 2020 10:03