Étude théorique et expérimentale des effets de hautes densités dans les spectres X émis par les plasmas de laser

Theory and experiment on high density effects in X spectra emitted from laser plasmas

• Auteur / Autrice : Philippe Malnoult
• Direction : H. Nguyen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1989
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polarisation (physique nucléaire)

Raies spectrales -- Élargissement

Plasmas produits par laser

Mots clés libres

Molécules transitoires

Satellites moléculaires

Résumé

La physique atomique est fondamentale dans les relations d'équilibre et les méthodes de diagnostic pour les plasmas laser. Dans le but d'étendre la théorie des perturbations spectrales à des plasmas ultradenses, nous avons exploré la structure des molécules transitoires qui se forment lors des fluctuations de la position des ions dans les plasmas denses et relativement chauds. Un premier calcul basé sur la distribution uniforme des électrons a permis d'obtenir le potentiel sous forme analytique. Les énergies de transition obtenues révèlent l'excitation de nouvelles composantes spectrales et un important rétrécissement de la largeur Stark des raies. Ce modèle a de plus fourni des conditions initiales adéquates pour un calcul plus général où l'équation de Schrödinger est couplée à l'équation de Poisson dans le cadre d'une théorie à champs autoconsistants. Des mesures spectroscopiques ont été effectuées sur les plasmas obtenus en irradiant des cibles de LiF par un faisceau laser au Néodyme à fréquence quadruple (0. 263 μm). Afin de discriminer les effets de transfert radiatif et d'inhomogénéité transverse des effets de perturbation dûs aux particules, l'épaisseur de cible a été calibrée entre 40 et 120 μm. Par une comparaison théorie expérience des spectres obtenus nous avons établi le profil de densité qui varie suivant l'axe laser entre 10^22 et 10^23 cm-3. Une étude spécifique de la zone ultradense a montré que sur l'aile rouge de la raie F IX Ly-β apparaît un satellite dont la position spectrale est en bon accord avec la précédente théorie des molécules transitoires.

Atomic physics plays a fundamental part in equilibrium relations and in diagnostic methods for high density plasmas created by intense lasers. In order to extend the spectral perturbation theory to very high density plasmas we have explored the structure of transient molecules which arise from the ion position fluctuations in dense and relatively hot plasmas. A first calculation performed with the uniform electron gas (UEG) assumption, allows to obtain the interaction potential in a closed form and various atomic parameters which clearly show a drastic reduction of Stark efffect and also a possibility for exciting new spectral components. These UEG results have been used as initial conditions in a more general self-consistent field calculation which couples the Poisson equation for plasmas to the Schrödinger equation for electronic bound states of transient molecules. Spectroscopic measurements have been made on plasmas obtained by focusing a Neodyme laser beam with quadruple frequency (0. 263 μm) on LiF targets. To discriminate the radiative transfer and transverse inhomogeneity effects from the particles perturbation effects, the target thickness has been calibrated between 40 and 120 μm. By comparing the experimental line shapes with the theoretical ones, we have been able to draw the density profile which goes from 10^22 cm-3 to 10^23 cm-3 over 15 μm along the laser axis. A special study of the dense region has shown that on the red wing of F IX Lyman β appears a satellite, in good agreement with the above-mentioned transient molecule theory.