Extraction de faisceaux d'ions a partir de plasmas neutres : modelisation et simulation numerique

par THIERRY POUGEARD DULIMBERT

Thèse de doctorat en Analyse numérique

Sous la direction de Pierre-Arnaud Raviart.

Soutenue en 2001

à Paris 6 .

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  • Résumé

    Cette these est consacree a l'etude et a la simulation numerique de dispositifs d'extraction de faisceaux d'ions. Elle est constituee de deux parties distinctes. La premiere partie traite d'un dispositif d'extraction d'un faisceau d'ions a partir d'un plasma. La difficulte reside dans la transition entre la zone plasma et le faisceau. Le modele de plasma consiste en une equation cinetique ionique munie d'un terme source d'ionisation simplifie, couplee a des electrons boltzmanniens et a l'equation de poisson pour le potentiel electrostatique. Pour limiter la simulation sur le plasma, tres couteuse, on y definit une frontiere emissive fictive. Dans le cas mono-dimensionnel, la reduction du systeme a une equation de poisson non-lineaire et l'etude de la limite quasi-neutre donnent les conditions limites sur cette frontiere. Les simulations numeriques bidimensionnelles utilisent une methode particulaire de type pic, l'originalite du travail consistant en la prise en compte des conditions d'injection singulieres. Un algorithme de coalescence est developpe. Des validations sur des cas realistes sont proposees. La seconde partie s'interesse a l'expansion d'un plasma cree par l'impact d'un faisceau d'electrons sur une anode (plasma a spot anodique). Le modele propose est constitue des equations de conservation sur les electrons, les ions positifs, et les neutres. Un certain nombre d'hypotheses permet de se ramener a un systeme de cinq equations de conservation. Une perte locale d'hyperbolicite, appelee resonance non lineaire, est mise en evidence. La difficulte de la resolution (cas mono-dimensionnel) reside dans la transition entre la zone de chauffage du plasma par le courant exterieur et la zone de detente du plasma dans le vide. La resonance non lineaire se traduit par un comportement non physique de la solution. Pour pallier cet inconvenient, la transition est traitee comme une interface, a l'aide de la definition d'un flux numerique original.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (217 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 215-217, 55 réf.

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  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie . Section Mathématiques-Informatique Recherche.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : T Paris 6 2001 203
  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie . Section Mathématiques-Informatique Recherche.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : THESE 06543
  • Bibliothèque : Centre Technique du Livre de l'Enseignement supérieur (Marne-la-Vallée, Seine-et-Marne).
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : PMC RT P6 2001
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