- 1. Historique et premiers concepts
- 2. Propriétés et classification des plasmas
- 3. Description mathématique des plasmas
- 4. Plasmas et rayonnement
- 5. Plasmas magnétisés
- 6. Propagation d'ondes dans les plasmas
- 7. Instabilités et turbulence dans les plasmas
- 8. Plasmas de l'environnement terrestre
- 9. Réactions nucléaires dans les plasmas
- 10. Applications des plasmas chauds
- 11. Plasmas froids et applications industrielles
- 12. Diagnostics des plasmas
- 13. Modélisation numérique
- 14. Perspectives
- 15. Bibliographie
MATIÈRE (physique) Plasmas
Applications des plasmas chauds
Si la fusion thermonucléaire contrôlée apparaît comme une application essentielle des études sur les plasmas chauds, il est d'autres utilisations possibles, où le plasma apparaît comme une source de rayonnement ultraviolet ou X très intense, ou comme un milieu accélérateur efficace pour générer des particules chargées très énergétiques.
Ainsi, des impulsions de rayonnements ultraviolets ou X très intenses ont été obtenues par irradiation de cibles constituées de matériaux lourds par des impulsions électromagnétiques délivrées par des lasers de puissance impulsionnels. Le plasma apparaît alors comme un convertisseur de photons, puisqu'il fournit des photons dans le domaine des rayons X à partir de photons infrarouges ou visibles, avec un taux de conversion en énergie qui peut dépasser 70 p. 100. Dans cette conversion, le caractère cohérent et directionnel du rayonnement laser incident est perdu, puisque le rayonnement X émis est en général incohérent et part dans toutes les directions. Dans certaines géométries toutefois, en particulier pour les plasmas très allongés, il est possible de réaliser des inversions de population entre les niveaux d'énergie des ions constituant le plasma, et d'obtenir ainsi au sein même du plasma un effet laser dans la gamme du rayonnement X-ultraviolet (dans la gamme de la dizaine de nanomètres de longueur d'onde). Le faible rendement en énergie est alors compensé par la qualité du rayonnement laser émis. On envisage d’utiliser ces sources de rayonnement X ultra-courtes en imagerie, en particulier médicale.
L'attaque de cibles solides par des rayonnements lasers intenses n'est pas la seule source de rayonnement X issu des plasmas. Une autre méthode utilise les plasmas de compression magnétique, obtenus par passage d'un courant intense dans un jet supersonique de gaz rare ou de vapeur métallique, dans des fils métalliques disposés dans un cylindre ou encore dans une fibre solide constituée d'un matériau isolant.
Une autre particularité intéressante des plasmas est leur capacité à produire en leur sein des champs électriques très élevés, susceptibles d'accélérer des particules chargées à très haute énergie. De tels champs électriques peuvent, par exemple, être créés dans le sillage d'impulsions laser ultracourtes et ultra-intenses, dont le développement date de la fin des années 1980, se propageant dans des plasmas (ou des gaz : ceux-ci sont ionisés de toute façon quasi instantanément par le passage de l'impulsion laser). Des champs électriques près de mille fois plus élevés que ceux existant dans les accélérateurs de particules conventionnels peuvent alors être obtenus, à une échelle microscopique.
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Écrit par
- Patrick MORA : docteur d'État, directeur de recherche au C.N.R.S.
Classification
Médias
États de la matière
Encyclopædia Universalis France
Irving Langmuir et E. D. MacArthur
Encyclopaedia Britannica, Inc
Sinclair Lewis, Frank Kellogg, Albert Einstein et Irving Langmuir
Hulton-Deutsch/ Corbis Historical/ Getty Images
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