Étude théorique de la dynamique électronique au cours de collisions entre des ions et des cibles atomiques hautement excitées

Theoretical study of the electronic dynamic in the course of collisions between ions and highly excited atoms

• Auteur / Autrice : Abdelmalek Taoutioui
• Direction : Alain Dubois, Abdelkader Makhoute
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique et analytique
• Date : Soutenance le 21/04/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne université en cotutelle avec Université Moulay Ismaïl (Meknès, Maroc)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de chimie physique-matière et rayonnement (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Mabrouk Benhamou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Parisel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Amine Cassimi, Mimoun Zazoui, Youssef Tahri

Mots clés

Mots clés contrôlés

Excitation électronique

Structure électronique

Systèmes complexes

Interactions ion-atome

Collisions (physique)

Mots clés libres

Collision ion-Atome

Cibles hautement excitées

Modélisation

Méthode non perturbative

Processus électroniques

Sections efficaces

Ion-atom collisions

Highly excited targets

Modeling

Non-perturbative method

Electronic processes

Cross sections

Résumé

La compréhension des processus électroniques ayant lieu au cours de collisions atomiques présente un intérêt important pour la modélisation de phénomènes observés dans des systèmes complexes tels que les milieux atmosphériques, astrophysiques et biologiques. Ces processus se manifestent au niveau microscopique mais jouent un rôle déterminant sur l’évolution et les propriétés physico-chimiques de ces systèmes macroscopiques. D’un point de vue fondamental, les collisions sont également des "laboratoires" privilégiés pour l'étude de systèmes quantiques à N-corps. Les collisions ion-atome sont d'une importance cruciale dans plusieurs domaines tels que celui concernant la fusion nucléaire par confinement magnétique : la compréhension des processus électroniques est nécessaire pour la modélisation de ce type de plasmas. Cette thèse se situe dans ce contexte et est dédiée à l’étude théorique des processus électroniques qui se manifestent au cours de collisions entre des ions et des cibles atomiques hautement excitées. Dans ce travail, nous avons privilégié la modélisation de la capture électronique et le calcul des sections efficaces pour le système proton-hydrogène. Nous avons adopté deux approches théoriques non perturbatives : la méthode classique CTMC et une méthode semi-classique SCAOCC. Nous avons calculé les sections efficaces totales et partielles de capture pour des cibles excitée initialement jusqu’à la couche n=7. Des comparaisons entre les résultats issus de ces méthodes et les quelques données théoriques disponibles sont réalisées et représentent l’originalité du travail. Des lois d’échelle empiriques pour les sections efficaces totales sont également décrites.

The understanding of the electronic processes taking place during atomic collisions is of great interest for the modeling of phenomena observed in complex systems such as atmospheric, astrophysical and biological environments. These processes manifest at the microscopic level but play a determining role on the evolution and the physicochemical properties of these macroscopic systems. From a fundamental point of view, collisions are also privileged "laboratories" for the study of quantum systems with N-bodies. Ion-atom collisions are of crucial importance in several fields such as that concerning nuclear fusion by magnetic confinement: the understanding of the electronic processes is necessary for the modeling of this type of plasmas. This thesis is situated in this context and is dedicated to the theoretical study of the electronic processes that occur during collisions between ions and highly excited atomic targets. In this work, we privileged the modeling of the electronic capture and the computation of the cross sections for the proton-hydrogen system. We adopted two non-perturbative theoretical approaches: the classical CTMC method and a semi-classical SCAOCC method. We calculated the total and partial capture cross sections for targets initially excited up to the n = 7 layer. Comparisons between the results of these methods and the few theoretical data available are made and represent the originality of the work. Empirical scale laws for total cross sections are also described.