Stirring of a slightly magnetized plasma column : influence of a large emissive electrode

Forçage à grande échelle d'une colonne de plasma faiblement magnétisée : influence d'une cathode émissive de grande taille

Victor Désangles (1)

1 Phys-ENS - Laboratoire de Physique de l'ENS Lyon

The goal of this PhD is to develop a setup controlling the rotation profile of a plasma column. This study is realized within the aim of developing a new type of experiments using the strongly ionized plasmas to study magnetic induction phenomena. A great number of plasma diagnostics have been set up during the PhD, including electrostatic and optical diagnostics. These measurement technics have allowed us to characterize the evolution of the plasma parameters depending on the experimental conditions and to build a better description of the plasma. A special focus has been made on the measurement of the ion temperature by two different setups: a Fabry-Pérot with a high finesse and a Laser Induced Fluorescence (LIF) setup. The mean azimuthal velocity profile of the plasma has been measured using Mach probes and explained based on the plasma parameters radial profiles. The effect of localized current injection inside the plasma by a large size emissive electrode has been studied. We have shown that the shape and the amplitude of the velocity profile can be controlled thanks to this setup. Finally, the appearance of drift waves with high magnetic fields has been observed, along with the interaction between the current injection and the dynamic of these waves.

Cette thèse a eu pour objectif le développement d’un contrôle du profil de rotation d’une colonne de plasma. Cette étude est menée dans le but du développement d’une nouvelle génération d’expériences utilisant les plasmas à fort taux d’ionisation pour étudier les phénomènes d’induction magnétique. Au cours de cette thèse, un grand nombre de techniques de mesures optiques et électrostatiques ont été mis en place. Ces dispositifs expérimentaux ont permis la caractérisation de l’évolution des paramètres plasmas en fonction des paramètres expérimentaux et une meilleure description du plasma. Une attention particulière a été porté à la mesure de la température ionique du plasma par deux dispositifs optiques différents : un Fabry-Pérot de grande finesse et un dispositif de Fluorescence induite par laser (LIF). L’établissement du profil de vitesse azimutal du plasma a été mesuré grâce à des sondes de Mach et expliqué en s’appuyant sur les profils radiaux des paramètres plasmas. L’impact sur cette vitesse azimutale de l’injection localisée de courant dans le plasma par une électrode émissive de grande taille a été étudié. Nous avons démontré qu’il est possible de contrôler la forme du profil de vitesse ainsi que son amplitude grâce à ce dispositif d’injection de courant. Enfin, l’apparition d’ondes de dérives pour de fort champs magnétiques a été observée, ainsi que l’interaction entre l’émission de courant dans le plasma et la dynamique de ces ondes.

Mots clés: Plasmas dynamics; Plasmas diagnostics; Plasmas turbulence; Magnetohydrodynamics; Laser Induced Fluorescence; Plasmas spectroscopy

Mots clés: Dynamique des plasmas; Diagnostics de plasma; Turbulence de plasmas; Magnétohydrodynamique; Fluorescence induite par laser; Spectroscopie des plasmas

Domaines: Physique des plasmas [physics.plasm-ph]

Victor Désangles. Forçage à grande échelle d'une colonne de plasma faiblement magnétisée : influence d'une cathode émissive de grande taille. Physique des plasmas [physics.plasm-ph]. Université de Lyon, 2018. Français. ⟨NNT : 2018LYSEN064⟩. ⟨tel-02087300v2⟩