Plasmas chauds-Fusion EN - WPMEDPC9

Objectif(s)

Fournir les éléments théoriques de base permettant d'appréhender les plasmas avecleurs différentes approches (cinétique, fluide), ainsi que quelques données concernant les TOKAMAKs et les conditions de déclenchement stable de la fusion thermonucléaire controlée.
Les éléments de base de la MHD seront fournis ainsi que les outils conceptuels permettant de modéliser les instabilités fluides. L'interaction résonante onde-particules sera rapidement abordée dans le cas des ondes cinétiques électrostatiques.

Contenu(s)

1.Introduction à la physique plasmas chauds
1.1. Longueurs et temps caractéristiques
1.2. Introduction à la fusion nucléaire contrôlée

2. Trajectoire des particules en champ magnétique intense
2.1. Limite adiabatique
2.2. Mouvement du centre-guide
2.2.1. Dérives séculaires: électrique et de courbure
2.2.2. Invariance du moment magnétique
2.2.3. Dynamique parallèle
2.3. Applications: mirroir magnétique; mouvement E?B et dynamique Hamiltonienne

3. Théorie cinétique et phénomènes collectifs
3.1. L'équation de Vlasov
3.1.1. Dérivation
3.1.2. Propriétés de conservation
3.1.3. L'amortissement Landau
3.2. Collisions et opérateur de Landau
3.2.1. Rappels sur les collisions faibles
3.2.2. Dérivation de l'opérateur de Landau
3.2.3. Théorème H

4. Théorie fluide
4.1. Avantages et faiblesses
4.2. Equations de conservation de la matière, du moment, etc.
4.3. Vitesses de dérive dans la limite adiabatique
4.4. Exemple de fermeture non-collisionelle

5. Principales instabilités d'ondes de dérive
5.1. En champ B homogène
5.1.1. Mécanisme physique
5.1.2. Dérivation et étude du modèle Hasegawa-Wakatani
5.2. En champ B inhomogène (interchange)
5.2.1. Mécanisme physique
5.2.2. Extension du modèle Hasegawa-Wakatani avec courbure
5.2.3. Analogie avec Rayleigh-Bénard
5.3. Instabilités cinétiques et réactives

6. Turbulence et saturation non-linéaire
6.1. Rétroaction des fluctuations sur l'équilibre
6.2. Couplages non-linéaires
6.2.1. Invariants non-linéaires et cascades d'énergie (Kolmogorov)
6.2.2. Application à la turbulence de Hasegawa-Mima
6.3. Notions d'auto-organisation de la turbulence

7. De la turbulence au transport
7.1. Cas des particules-tests
7.2. Importance de la phase
7.3. Résonance ondes-particules et transport quasi-linéaire
7.4. Transition turbulence faible – turbulence développée
7.5. Application au modèle Vlasov-Landau

• Les cours de mécanique des fluides (Navier-Stokes), électromagnétisme, Physique statistique classique sont des prérequis absolument nécessaires.
• Avoir suivi un cours de mécanique analytique, ainsi que des éléments de base des plasmas (contenus du cours "Introduction aux plasmas" de 2A Phelma/M1 UGA) sont des prérequis utiles.

Contrôle des connaissances

Examen écrit (2h) - Aucun document ni calculatrice autorisés
Session 2 identique.

Informations complémentaires

Bibliographie

See description in the GEN 3A stream / voir fiche filière GEN 3A