Cet enseignement offre une introduction aux principes de base de la physique des plasmas et de la fusion thermonucléaires. Il est constitué par une introduction aux principes et méthodes de la physique des plasmas suivie par une présentation de la problématique de la combustion thermonucléaire contrôlée, qu’il s’agisse de la voie du confinement magnétique (le projet international ITER) ou du confinement inertiel (les projets Mégajoule en France et NIF aux USA), et enfin un aperçu des réalisations et performances des systèmes expérimentaux actuels.

Sujets traités :

1- Physiques des plasmas. Echelles caractéristiques : fréquence de Langmuir, temps de Maxwell, longueur de London, de Debye et de Kelvin. Ionisation : formule de Thomson. Coefficients de Townsend et loi de Paschen.  

2- Phénomènes dissipatifs et transport. Collisions coulombiennes. Equation de Landau. Relaxations électroniques et ioniques.  Diffusion et convection du champ.

3- Fusion thermonucléaire. Réactions de fusion. Taux de réaction. Critère de Lawson. Confinement magnétique. Le projet ITER .

4- Orbites et confinement des particules chargées. Adiabaticité et centre guide. Dérives de gradient et de courbure, force diamagnétique. Invariants adiabatiques et configurations Tokamaks. Orbites circulantes et piégées

5- Contrôle des plasmas thermonucléaires. Injection et extraction de particules neutres. Génération non inductive de courant. Ralentissement des neutrons et couverture tritigéne. Extraction de puissance et Divertor.

6- Hydrodynamique des plasmas créés par laser. Ablation et « effet fusée ». Ecoulement auto-semblable. Transport thermique. Instabilités hydrodynamiques.

7- Interaction laser-plasma. Propagation d’une onde électromagnétique intense dans un plasma. Absorption du rayonnement. Accélération des particules par un plasma.

8- Interaction nonlinéaire laser-plasma. Force nonlinéaire (force pondéromotrice). Instabilités paramétriques. Interaction relativiste.

9- Confinement inertiel. Compression et allumage. Allumage par point chaud. Régime isobare et régime isochore. Les projets LMJ et NIF.

Niveau requis : PHY430 - Physique quantique avancée et PHY433 - Physique statistique 1

Langue du cours : Français

Crédits ECTS : 4

 




This course aims to give the essential knowledge in plasma physics. After an introduction to the principles and the methods used in plasma physics, an overview of the physics of the thermonuclear fusion will be given. Both the magnetic confinement and the inertail confinement approaches will be described.