Etude de l'influence de l'environnement plasma sur les sections efficaces d'excitation collisionnelle électron-ion dans un plasma chaud et dense

Density and field effect on electron-ion collision cross-sections in hot dense plasma

• Auteur / Autrice : François de Dortan de Gaufridy
• Direction : Olivier Peyrusse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Lasers et matière
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Effet Stark

Physique atomique

Plasmas HETL

Haute densité

Microchamp

Résumé

Les sections efficaces d'excitation collisionnelle sont des ingrédients essentiels dans la modélisation des propriétés radiatives d'un plasma hors équilibre thermodynamique. Dans le cas où le système électron-ion peut être considéré comme isolé, diverses méthodes quantiques issues de la théorie de la diffusion existent pour traiter correctement ce problème. Dans un plasma dense, on s'attend à ce que les particules voisines perturbent considérablement ces transitions. La modélisation du plasma par l'intermédiaire d'un potentiel perturbateur purement radial a déjà été effectuée, mais elle n'est pas satisfaisante pour les excitations collisionnelles car elle ne parvient à rendre compte ni de la levée de dégénérescence des niveaux ni de ses conséquences. Nous avons levé la "symétrie sphérique" en introduisant le microchamp électrique quasistatique produit par les ions voisins. Cette étude théorique inédite nous a permis de réaliser un code numérique, calculant automatiquement les forces de collision et taux collisionnels d'ions complexes de manière précise (Distorted Waves) en présence d'un microchamp reproduisant fidèlement la réalité. Nous avons appliqué cette étude au cas de l'Aluminium hydrogénoi͏̈de et héliumoi͏̈de. La prise en compte du microchamp électrique sur les sections efficaces d'excitation collisionnelle fait apparaître notablement les transitions issues d'états de moment angulaire élevé. En particulier, les sections efficaces de transitions interdites en l'absence de microchamp augmentent de plusieurs ordres de grandeur en sa présence et deviennent de l'ordre de celles des transitions autorisées. Nous avons, en outre, réalisé un code collisionnel-radiatif stationnaire élémentaire pour évaluer l'influence de ces modifications sur les profils de raies correspondants. L'importance de l'effet précédent n'élargit, cependant, que légèrement les raies de couche K.

Collisionnal excitation cross-sections are essential to modeling of out of equilibrium plasmas radiative properties. Many quantum resolutions of scattering have been successful in the treatment of isolated electron-ion systems. But in dense plasmas, neighbouring particles are expected to widely disturb these transitions. Plasma modeling through a radialy perturbated potential has already been done but is not satisfactory as it doesn't account for levels degeneracy breaking and its consequences. Introduction of quasi-static electric microfield of neighbouring ions has allowed us to break spherical symmetry. Our original theoretical study has given birth to a numerical code that accurately computes collisionnal strengths and rates (distorted Waves) submited to a realistic microfield. Hydrogen- and Helium-like Aluminium has been studied. Stark mixing widely increases rates of transitions from high l levels and forbidden transitions are field-enhanced of many orders until they reach allowed ones. Eventually, we wrote an elementary stationary collisionnal-radiative code to watch field-enhancement effects on corresponding fine shapes. Yet, the wide previous enhancement little broadens K-shell lines.