Interactions résonantes ondes-particules dans les plasmas magnétisés : phénomènes liés au piégeage de particules par des ondes

par Arnaud Zaslavsky

Thèse de doctorat en Physique des plasmas

Sous la direction de Catherine Krafft.


  • Résumé

    Un modèle théorique hamiltonien a été développé en 2003 par Volokitin et Krafft, dans le but de modéliser l'interaction entre les modes propres électrostatiques d'un plasma magnétisé et des flux de particules chargées se propageant dans ce plasma. Un code numérique « symplectique » a été réalisé pendant cette thèse, résolvant les équations du modèle et permettant l'intégration numérique du système avec une grande fiabilité sur de grands intervalles de temps. Ce modèle, et le code numérique associé, ont été utilisé dans le cadre de l'étude de trois problèmes physiques : (i) Nous avons montré, en nous appuyant sur l'étude des trajectoires de particules dites « stochastiques », que celles-ci échangeaient en moyenne de l'énergie avec une onde déstabilisée par instabilité « bump-in-tail », conduisant à la croissance de l'amplitude de cette onde après la saturation de l'instabilité. (ii) Nous avons étudié la situation où deux ondes de vitesses de résonances égales (ou très proches) interagissent avec une distribution électronique quelconque. La dynamique des particules dans le champ induit un couplage entre les modes, manifesté par l'occurence d'échanges périodiques d'énergie qui ont été observés et décrits analytiquement dans notre travail. (iii) Nous avons enfin étudié les aspects linéaires et non-linéaires de la déstabilisation d'ondes hybrides-basses à la résonance cyclotron par des distributions de type « cône de perte », fréquemment observées dans les plasmas magnétisés (magnétosphère, vent solaire, machines de confinement à miroirs magnétiques).

  • Titre traduit

    Wave-particle interaction in magnetized plasmas : phenomena related to particle trapping


  • Résumé

    A theoretical hamiltonian model has been developped by Volokitin and Krafft (2003), having for purpose the understanding of the interaction between the collective electrostatic modes of a magnetized plasma and fluxes of energetic particles propagating inside this plasma. A first part of this thesis work consisted in the realization of a numerical symplectic code, allowing us to solve the model's equations with a high accuracy on very long integration times. This model, and the related symplectic code, have been used in the frame of three original plasma physics problems : (i) Interesting ourselves in the non-linear phase of the bump-on-tail instability of a single wave, we showed that the dynamics of the particles in the stochastic layer were responsible for a transfer of energy from the particles to the wave, and thus for the observed growth of the wave amplitude. (ii) We studyied the situation in which two waves propagating with the same (or very close) resonant velocities interact with an electron beam. The charged particles dynamics in the electric field induces a coupling between the waves, resulting in low frequency energy exchanges that have been analytically studyied in this work. (iii) We studyied the linear and non-linear phases of the destabilization of a lower hybrid wave at the cyclotron resonance by energetic electrons presenting a « loss-cone » shaped distribution. Such distributions are frequently observed in magnetic trap devices (magnetosphere, solar wind, open ended containment machines).

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Informations

  • Détails : 1 vol. (152 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 143-149

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2007)167
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