Ionisation par la pression et effets de densité dans les plasmas hors équilibre thermodynamique local

Pressure ionization and density effects in non-local thermodynamic equilibrium plasmas

• Auteur / Autrice : Thomas Valloton
• Direction : Djamel Benredjem
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ionisation

Densité

Structure atomique

Mots clés libres

Plasmas denses et chaud

Résumé

L’objectif de cette thèse est d’améliorer la prise en compte des effets de densité dans les plasmas hors équilibre thermodynamique local. L’effet du plasma sur les niveaux et fonctions électroniques des ions est modélisé par un potentiel de type cellule ionique. La modification du potentiel vu par les électrons de l’ion, l’abaissement du seuil d’ionisation, ainsi que l’apparition de résonances dans la densité d’e��tat électronique du continuum ont été mis en évidence. En particulier, on montre que ces résonances sont liées aux électrons des sous-couches électroniques passées dans le continuum. Leur présence nous a permis de déterminer l’existence de configurations électroniques, partiellement liées, que l’on doit prendre en compte dans le modèle collisionnel-radiatif. On introduit pour cela un nouveau processus d’ionisation dû à la pression, qui concerne ces configurations, dans le système d’équations-bilan déterminant l’équilibre du plasma. C’est un processus d’ionisation par effet tunnel dans lequel l’électron externe se trouvant au-dessus du seuil d’ionisation reste piégé par la barrière de potentiel due au plasma, puis la traverse pour être ionisé. On a également étudié l’influence de la température et de la densité électronique sur l’ionisation moyenne, ainsi que sur les populations ioniques des plasmas étudiés.

The objective of this work is to improve the treatement of density effects in non local thermodynamic equilibrium plasmas. Plasma effects on electronic functions and energy levels are modeled by an ion-sphere potential. The modification of the potential, continuum lowering and appearance of resonances are shown. In particular, we show that these resonances are linked to the electrons of the ionized subshells. Their presence allowed us to determine the existence of partially bound configurations, wich must be taken into account in the collisional-radiative model. We introduce in the set of coupled linear equations a new ionization process (due to the plasma). This process determines th plasma equilibrium. It is equivalent to a process of tunneling ionization in wich the outer electron located above the ionization treshold remains trapped by the potential barrier, then cross it to be ionized. We also studied the influence of temperature and electron density on average ionization and ionic populations of the plasmas.