Webséminaire : Plasmas froids induits par laser : mesures ex situ et in situ en tokamak (Arnaud Bultel)

Webséminaire de Arnaud Bultel (Laboratoire CORIA, Normandie Université) donné dans le cadre du Réseau des Plasmas Froids le 3 Avril 2023 à 10h30 depuis le laboratoire CORIA.

Les plasmas induits par impulsion laser sont des plasmas thermiques fascinants qui possèdent toutes les caractéristiques intéressantes des plasmas. Ils résultent du dépôt d’énergie radiative sur un temps très court sur une petite quantité de matière. Ce dépôt conduit à l’augmentation très rapide de la densité électronique et de la température. La forte pression qui en résulte déclenche alors une expansion hypersonique dont l’issue dépend des conditions de pression extérieures. Le plasma se relaxe en se recombinant, en émettant un spectre présentant dans un premier temps un continuum intense, puis des raies d’abord ioniques, ensuite atomiques avant d’être constitué de bandes moléculaires. C’est donc une source de rayonnement formidable. C’est par ailleurs un milieu qui, vu son niveau de densité variable et les transferts radiatifs auxquels il est soumis, est a priori en déséquilibre thermodynamique. Il cristallise ainsi les questions récurrentes auxquelles la physique des plasmas fait face, où se mélangent les problématiques d’ordre collisionnel et radiatif.

Ces plasmas induits par laser ont une application intéressante dans la détermination de la composition multi-élémentaire d’échantillons. L’analyse spectroscopique de la lumière émise par le plasma permet en effet, moyennant certaines hypothèses, de remonter à cette composition. Il s’agit de la Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). Elle peut être mise à profit dans des situations expérimentales délicates, par exemple dans des environnements de type nucléaire.

Cette technique peut ainsi déboucher sur des mesures réalisées sur des échantillons radioactifs. Bien que basée sur l’exploitation des caractéristiques d’un plasma froid, elle peut encore venir à la rescousse des plasmas chauds en aidant au diagnostic des parois des tokamaks, les réacteurs de fusion thermonucléaire. Comme quoi, “on a souvent besoin d’un plus petit que soi” …