Introduction à la physique des plasmas

Résumé

Présentation du plasma et de ses propriétés, introduction à la théorie des plasmas et aux applications en laboratoire. ©Electre 2018

Autre(s) auteur(s)
Éditeur(s)
- Iste éditions
Date
- 2018
Notes
- Bibliogr. Index
Langues
- Français
Description matérielle
- 1 vol. (229 p.) : illustrations en couleur ; 24 x 16 cm
Collections
- Physique
Sujet(s)
- Plasmas (gaz ionisés)
ISBN
- 978-1-78405-461-8
Indice
- 530.2 États de la matière
Quatrième de couverture
- Les plasmas sont peu présents dans notre environnement immédiat et leurs propriétés sont parfois ignorées des physiciens. Il s'agit pourtant de phénomènes universels qu'on rencontre depuis les décharges électriques jusqu'aux jets galactiques.
  L'objectif de cet ouvrage est d'offrir une introduction aux phénomènes variés qui constituent la physique des plasmas avec comme seul prérequis d'avoir une connaissance de la physique de base. Il présente en parallèle les fondements de la théorie des plasmas et un certain nombre d'applications aux plasmas de laboratoire ou aux plasmas naturels.
  Un accent particulier est mis sur l'existence des plasmas sans collision, dans lesquels le comportement collectif du milieu est dû seulement au champ électromagnétique moyen qui régit les trajectoires des particules. Ceci permet de porter un regard neuf sur des notions déjà abordées dans d'autres disciplines, mais aussi de comprendre les liens qui existent entre les théories fluides, en particulier pour l'étude de la propagation des ondes.
Tables des matières
- - Introduction à la physique des plasmas
  - Gérard Belmont
  - Laurence Rezeau
  - Caterina Riconda
  - Arnaud Zaslavsky
  - iSTE
  - Introduction1
  - Chapitre 1. Qu'est-ce qu'un plasma ?3
  - 1.1. Dans quelles conditions la matière est-elle à l'état plasma ?3
  - 1.1.1. Décharges électriques4
  - 1.1.2. Chauffage5
  - 1.1.3. Absorption de rayonnement7
  - 1.1.4. Les différents types de plasmas7
  - 1.2. Diagnostics des plasmas : à distance ou in situ10
  - 1.3. Effets qui dominent la physique13
  - 1.3.1. Phénomène d'écrantage14
  - 1.3.2. Interactions binaires ou forces collectives ?16
  - 1.3.3. Rôle des effets quantiques18
  - 1.3.4. Rôle du champ magnétique19
  - 1.4. Le système couplé champs/particules : cas général19
  - 1.5. Cas particulier : l'oscillation de plasma21
  - 1.5.1. Position du problème21
  - 1.5.2. Champ créé par les charges21
  - 1.5.3. Déplacement des charges dû au champ22
  - 1.5.4. Résolution du système couplé23
  - 1.6. Fréquence plasma25
  - 1.6.1. (...) : temps caractéristique de réponse des électrons25
  - 1.6.2. Quelques fréquences plasma caractéristiques26
  - 1.7. Effets de la température27
  - 1.7.1. Fonction de distribution des vitesses27
  - 1.7.2. Les différents traitements théoriques29
  - 1.8. Quelques exemples d'application de la physique des plasmas30
  - 1.8.1. Fusion nucléaire et physique des plasmas30
  - 1.8.2. Plasmas froids et leurs applications32
  - 1.8.3. Production de particules énergétiques par accélérateur plasma34
  - 1.8.4. Plasmas astrophysiques35
  - Chapitre 2. Trajectoires individuelles dans un champ électromagnétique37
  - 2.1. Trajectoire d'une particule dans un champ magnétique uniforme et stationnaire37
  - 2.1.1. Sans champ électrique (E = 0)37
  - 2.1.2. Avec un champ électrique stationnaire et uniforme (E (...) 0)39
  - 2.1.2.1. Mouvement parallèle au champ magnétique39
  - 2.1.2.2. Mouvement perpendiculaire40
  - 2.1.3. Force constante42
  - 2.2. Champs lentement variables42
  - 2.2.1. Dérives dans un champ B non uniforme, avec E = 043
  - 2.2.1.1. Dérive de courbure43
  - 2.2.1.2. Dérive de gradient45
  - 2.2.2. Dérive dans un champ E variable46
  - 2.2.2.1. Champ E non stationnaire : dérive de polarisation46
  - 2.2.2.2. Champ E non uniforme48
  - 2.2.3. Premier invariant adiabatique49
  - 2.2.3.1. Moment magnétique et description « centre-guide »49
  - 2.2.3.2. Flux magnétique50
  - 2.2.3.3. Exemples51
  - 2.3. Petites perturbations d'un mouvement périodique53
  - 2.3.1. Résultats généraux (pour un système hamiltonien)53
  - 2.3.2. Un exemple avec trois invariants adiabatiques54
  - 2.4. Annexes55
  - Chapitre 3. Théorie cinétique des plasmas61
  - 3.1. Fonction de distribution d'un plasma61
  - 3.1.1. Définition61
  - 3.1.2. Mesure expérimentale de la fonction de distribution64
  - 3.1.3. Cas particulier : la distribution maxwellienne66
  - 3.2. Équation cinétique68
  - 3.2.1. Forme générale68
  - 3.2.2. Équation de Vlasov71
  - 3.3. Différents opérateurs de collisions74
  - 3.3.1. Équation de Boltzmann74
  - 3.3.2. Opérateurs de Landau et de BGL76
  - 3.3.3. Opérateur BGK78
  - 3.3.4. Conséquences fluides des opérateurs de collision79
  - Chapitre 4. Modélisation fluide des plasmas et limite MHD81
  - 4.1. Définition des grandeurs fluides81
  - 4.1.1. Moments de la fonction de distribution81
  - 4.1.2. Définitions de la pression et équation d'état82
  - 4.1.3. Énergie cinétique84
  - 4.2. Équations d'évolution des grandeurs fluides85
  - 4.2.1. Équation de transport de la densité (conservation du nombre de particules)85
  - 4.2.2. Équation de transport de l'impulsion86
  - 4.2.3. Transport de l'énergie87
  - 4.3. Équations de fermeture88
  - 4.3.1. Domaine de validité des équations fluides88
  - 4.3.2. Pression isotrope89
  - 4.3.3. Pression anisotrope en présence de champ magnétique90
  - 4.3.4. Cas général92
  - 4.4. Description multifluide du plasma92
  - 4.4.1. Notion de « population » et système multifluide92
  - 4.4.2. Hypothèse des variations lentes95
  - 4.4.3. Énoncé des hypothèses de variations lentes95
  - 4.4.4. Conséquences95
  - 4.5. Description MHD (magnétohydrodynamique)97
  - 4.5.1. Réduction du nombre de populations pour une même espèce97
  - 4.5.2. Cas N = 2 : système bifluide et MHD98
  - 4.5.3. Forme de la force de Laplace en MHD : pression et tension magnétique101
  - 4.5.4. Loi d'Ohm et effet de la non-idéalité103
  - 4.5.5. Conservation de l'énergie104
  - 4.5.6. Conditions d'équilibre MHD104
  - 4.5.7. Exemples d'équilibre MHD105
  - 4.6. Annexes108
  - Chapitre 5. Ondes dans les plasmas dans l'approximation fluide113
  - 5.1. Ondes dans les plasmas : modes propres de propagation113
  - 5.2. Calcul des modes propres de propagation : méthode classique116
  - 5.2.1. Écriture du système différentiel116
  - 5.2.2. Linéarisation116
  - 5.2.3. Recherche de solutions exponentielles complexes (« algébrisation »)117
  - 5.2.4. Résolution117
  - 5.3. Traitement fluide de l'onde de plasma118
  - 5.4. Exemple d'instabilité « électronique » : l'instabilité double faisceau122
  - 5.5. Autres modes de propagation « électroniques »125
  - 5.5.1. Système d'équations126
  - 5.5.2. Ondes électromagnétiques dans un plasma froid non magnétisé : fréquence de coupure126
  - 5.5.3. Ondes « électroniques » dans un plasma magnétisé133
  - 5.5.4. Rôle du champ magnétique statique134
  - 5.6. Système à deux fluides : modes de propagation basse fréquence136
  - 5.6.1. Ondes acoustiques-ioniques : fréquence de résonance136
  - 5.6.2. Ondes d'Alfvén138
  - 5.7. Modes de propagation MHD142
  - 5.7.1. Écriture et résolution du système linéarisé142
  - 5.7.1.1. Mode d'Alfvén144
  - 5.7.1.2. Modes magnétosonores (rapide et lent)145
  - 5.7.2. Quelques remarques146
  - 5.8. Excitation des ondes dans un plasma147
  - 5.9. Annexes152
  - Chapitre 6. Effets cinétiques : amortissement Landau155
  - 6.1. Traitement cinétique des ondes dans les plasmas155
  - 6.1.1. Modes fluides et modes cinétiques155
  - 6.1.2. Modes propres : nombre attendu et possibilités d'excitation156
  - 6.1.3. Amortissement cinétique : une analogie mécanique157
  - 6.2. Exemple du mode de Langmuir159
  - 6.2.1. Particules résonnantes160
  - 6.2.2. Simulation du mode de Langmuir161
  - 6.3. Calcul cinétique du mode de Langmuir : modes propres du système Vlasov/Gauss163
  - 6.3.1. Système d'équations163
  - 6.3.2. Système algébrisé164
  - 6.3.3. Résolution165
  - 6.3.4. Notion de modes propres cinétiques169
  - 6.4. Rôle des particules résonnantes175
  - 6.4.1. Définitions175
  - 6.4.2. Dynamique non linéaire des électrons dans le champ de l'onde176
  - 6.4.3. Estimation des échanges d'énergie entre champ et particules178
  - 6.4.4. Nombre de particules résonnantes tendant vers zéro : limite fluide182
  - 6.4.5. Effet Landau inverse183
  - 6.5. Autres méthodes de calcul des modes propres185
  - 6.6. Autres modes propres cinétiques amortis et autres résonances186
  - 6.6.1. Effet Landau pour les modes autres que le mode de Langmuir186
  - 6.6.2. Résonances cyclotron188
  - 6.6.3. Autres résonances188
  - 6.7. Amortissement et réversibilité189
  - 6.8. Annexes190
  - Chapitre 7. Ondes de choc et discontinuités201
  - 7.1. Quelques exemples de chocs et de discontinuités201
  - 7.2. Existence des discontinuités206
  - 7.2.1. Absence de gradient stationnaire206
  - 7.2.2. Raidissement non linéaire207
  - 7.2.3. Formation des discontinuités209
  - 7.3. Établissement des équations de saut210
  - 7.3.1. Signification des équations de saut210
  - 7.3.2. Application aux équations de la MHD212
  - 7.3.3. Repère de De Hoffmann-Teller213
  - 7.4. Différents types de discontinuités pouvant exister dans un plasma214
  - 7.4.1. Solutions du système214
  - 7.4.2. Propriétés des discontinuités rotationnelles216
  - 7.4.3. Chocs217
  - 7.4.4. Discontinuité tangentielle220
  - 7.5. Frontières des magnétosphères220
  - Bibliographie225
  - Index227
Origine de la notice:
- Electre