1. Electrons, ions et plasmas

Question 1

Qu’est ce que le plasma (ou “gaz ionisé”) ?

Answer 1

1. Etat exotique de la matière contenant une fraction significative de charges libres caractérisé par un comportement collectif et une réactivité significative.
2. Ensemble de charges positives et négatives en interactions coulombiennes mutuelles.

Question 2

Quelle est la valeur d’un électron-volt en Joule : 1 eV = ?

Answer 2

1 eV = 1,6*10^-19 J

Question 3

Qu’est ce que le degrés d’ionisation \alpha ? (Définition et formule)

Answer 3

Le degré d’ionisation, \alpha, est défini comme le rapport de la densité électronique n_e sur la densité totale d’électrons et d’espèces (neutres) non
ionisées n_n : \alpha = n_e/(n_e+n_n) avec n_e = Zn_i, n_i étant la densité d’ions et Z le nombre de protons.

Question 4

Quelle est la valeur de \alpha (degrés d’ionisation) pour un gaz totalement ionisé ? Pour un gaz faiblement ionisé ?

Answer 4

Gaz totalement ionisé : \alpha = 1.
Gaz faiblement ionisé : \alpha < 1.

Question 5

Pourquoi les électrons et les ions ne se recombinent pas instantanément dans un plasma ?

Answer 5

L’agitation thermique (tendance au désordre) et surtout la faible réactivité (interne) due à des contraintes cinématiques, expliquent la lenteur des recombinaisons.

Question 6

Que représente le paramètre plasma \Xi (ou paramètre de couplage) ? (+ formule et définition des termes)

Answer 6

Le paramètre plasma \Xi (sans dimension) quantifie le compromis entre la tendance au désordre, due à l’agitation thermique, et la tendance à l’organisation, due à l’aspect collectif de l’interaction coulombienne.

\Xi = |<E_p>|/<E_c></E_c></E_p>

Avec |<E_p>| la densité volumique d’énergie potentielle électrostatique et <E_c> la densité volumique d’énergie cinétique moyenne.</E_c></E_p>

Question 7

Que représente un paramètre plasma \Xi &laquo_space;1 et \Xi&raquo_space; 1 ?

Answer 7

\Xi &laquo_space;1 : plasmas faiblement couplés, cinétiques ou idéaux, où le désordre domine. L’essentiel de l’énergie est sous forme cinétique.
\Xi&raquo_space; 1 : plasmas fortement couplés (ou fortement corrélés), dont la structure est de nature fluide voir cristalline, c’est-à-dire plus ou moins ordonnée.

Question 8

Qu’est ce que l’hypothèse de quasi-neutralité ?

Answer 8

A l’échelle global, le plasma est électriquement neutre Zn_i+n_e=0. Pour autant, il ne peut être neutre à toutes les échelles de longueur et de temps car, sinon, il n’y aurait aucune interaction électrique. L’hypothèse de quasi-neutralité représente donc l’ordre le plus bas d’un développement asymptotique par rapport au petit paramètre \epsilon :

\epsilon = n_e-Zn_i/(n_e+Zn_i)

Question 9

Que représente un paramètre de quasi-neutralité \epsilon &laquo_space;1 et \epsilon </= 1 ?

Answer 9

\epsilon &laquo_space;1 : plasmas quasi-neutres, où les phénomènes d’écrantage dominent l’interaction champ-plasma à basse fréquence.
\epsilon </= 1 : plasmas non-neutres, tels que les faisceaux et les gaines, où le champ de charge d’espace contrôle la dynamique du milieu.

Question 10

Qu’est ce que le principe de confinement magnétique ?

Answer 10

Le principe de confinement magnétique est basé sur le comportement d’une particule chargée en interaction avec un champ magnétique statique. En effet, la particule effectue à la fois un mouvement de rotation autour des lignes de champ et une translation le long de ces lignes de champ. Par conséquent, si les lignes de champ sont fermées ou restent dans un volume fini, alors les particules restent confinées dans ce volume fini.