v2.11.0 (5757)

Programme d'approfondissement - PHY_52069_EP : Physique des plasmas et de la fusion thermonucléaire

Domaine > Physique.

Descriptif

PHY569A - Physique des plasmas et fusion thermonucléaire

En raison de sa forte ionisation, qui induit des comportements spécifiques, le plasma est un état de la matière singulier, au regard des états solide, liquide et gazeux qui structurent notre environnement terrestre. D’où son appellation de quatrième état de la matière. Les plasmas sont omniprésent dans l’Univers. Beaucoup de plasmas naturels, comme la surface du Soleil, les gaz interstellaires, les pulsars ou la magnétosphère terrestre, montrent des comportements spécifiques liés aux effets des forces électriques et magnétiques. La physique des plasmas a été développée non seulement pour interpréter ces plasmas, mais aussi dans la quête de la génération d’énergie par fusion nucléaire. Cette physique est structurée d’une part par des grands programmes de recherche fondamentale (en sciences de la matière, en astrophysique, en planétologie, sur les ultra-hautes intensités laser, …) et d’autre part par des recherches axées sur des enjeux sociétaux majeurs, rassemblant la fusion thermonucléaire, les processus innovants pour la structuration et la résistance des matériaux, l’environnement, la santé.

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.

 

Langue du cours : Anglais

Objectifs pédagogiques

1- Connaissant les paramètre physiques d’un plasma : être capable de l’identifier dans la classification des plasmas. Être capable de calculer les échelles spatiales et temporelles caractéristiques pour déterminer la physique en jeu.

2 - Savoir choisir un modèle de physique des plasmas adéquat (cinétique, fluide, hydrodynamique…) selon les paramètres du problème et le degré de précision recherché.

36 heures en présentiel (9 blocs ou créneaux)

effectifs minimal / maximal:

1/40

Diplôme(s) concerné(s)

Parcours de rattachement

Pour les étudiants du diplôme M1 PHYS - Physique

Electromagnétisme, mécanique des fluides. Conseillé: physique statistique.

Pour les étudiants du diplôme Programmes d'échange internationaux

Electromagnétisme, mécanique des fluides. Conseillé: physique statistique.

Pour les étudiants du diplôme Titre d’Ingénieur diplômé de l’École polytechnique

Electromagnétisme, mécanique des fluides. Conseillé: physique statistique.

Format des notes

Numérique sur 20

Littérale/grade réduit

Pour les étudiants du diplôme Programmes d'échange internationaux

Vos modalités d'acquisition :

Examen final écrit de 3h.

Rattrapage : Interrogation orale de 30 min.

La calculatrice est autorisée.

Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée)
    L'UE est acquise si note finale transposée >= C
    • Crédits ECTS acquis : 5 ECTS

    Pour les étudiants du diplôme Titre d’Ingénieur diplômé de l’École polytechnique

    Vos modalités d'acquisition :

    Examen final écrit de 3h.

    Rattrapage : Interrogation orale de 30 min.

    La calculatrice est autorisée.

    Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée)
      L'UE est acquise si note finale transposée >= C
      • Crédits ECTS acquis : 5 ECTS

      Pour les étudiants du diplôme M1 PHYS - Physique

      Vos modalités d'acquisition :

      Examen final écrit de 3h.

      Rattrapage : Interrogation orale de 30 min.

      La calculatrice est autorisée.

      Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée)
        L'UE est acquise si Note finale >= 10
        • Crédits ECTS acquis : 5 ECTS

        La note obtenue rentre dans le calcul de votre GPA.

        Programme détaillé

        1- Introduction à la Physique des plasmas. Plasmas dans la nature : de l’espace au laboratoire. Classification des plasmas, applications des plasmas.

        2- Echelles caractéristiques : fréquence de Langmuir, temps de Maxwell, longueur de London, de Debye et de Kelvin. Ionisation : formule de Saha.  Collisions coulombiennes.

        3 - Théories pour modéliser les plasmas: des modèles cinétiques aux modèles fluides. Exemples d'utilisation du modèle fluide: ondes dans les plasmas.

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

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

        6 - Fusion thermonucléaire. Réactions de fusion. Taux de réaction. Critère de Lawson. Confinement inertiel. Compression et allumage. Allumage par point chaud. Régime isobare et régime isochore. Les projets LMJ et NIF.

        7- Equations de la MHD : dérivation heuristique. Théorie des dérives. Introduction à la fusion magnétique

        8- Equilibre et ondes MHD dans un plasma magnétisé. L'équilibre tokamak.

        9- Stabilité dans un plasma magnétisé, aux échelles microscopiques et macroscopiques

        Mots clés

        plasma, tokamak, laser, fusion thermonucléaire, ITER, LMJ

        Méthodes pédagogiques

        Cours magistraux (slides + tableau), TD
        Veuillez patienter