Effet de l’ionisation de couche interne sur l’intensité de la raie interdite z émise à partir de plasmas non-Maxwelliens

Abstract

Dans ce mémoire, nous nous sommes intéressés à la raie interdite, notée z, due à la transition 1s2s 3S11s2 1S0 dans des ions héliumoïdes fortement chargés. Cette raie est observée avec une forte intensité dans les spectres d’émission X-mou des plasmas de hautes températures et peu denses, tels que ceux présents dans les couronnes stellaires et les restes de supernovae et ceux produits dans les machines tokamaks destinés à la fusion thermonucléaire. Des rapports d’intensité de raies impliquant la raie z sont fréquemment utilisés comme un outil efficace de diagnostic de plasmas chauds en vue de déduire la densité et la température des électrons. Notre motivation dans ce travail réside dans le fait qu’il est important de tenir compte de tous les processus collisionnels contribuant au peuplement du niveau supérieur de la raie z, 1s2s 3S1, pour que des diagnostics basés sur l’intensité relative de la raie z soient fiables. Outre l’excitation par impact d’électrons à partir du niveau fondamental, le niveau supérieur de la raie z peut être peuplé par d’autres processus collisionnels. Nous avons précisément étudié dans ce Mémoire la contribution à l’intensité de la raie z de l’ion Ne8+ venant du processus d’ionisation de couche interne des ions lithiumoïdes Ne7+ qui se trouvent initialement dans leur niveau fondamental 1s22s 2S1/2. Cette contribution n’a pas toujours été prise en compte dans la littérature, et pourrait être significative surtout dans la situation des plasmas non- Maxwelliens caractérisés par un excès d’électrons de hautes énergies comparativement aux plasmas purement Maxwelliens. La raison est que le processus d’ionisation de couche interne nécessite des électrons de collision de grandes énergies cinétiques pour pouvoir extraire un électron interne 1s. Nous avons dans ce travail considéré le cas d’un plasma chaud dans lequel il y a présence d’une petite proportion d’électrons de hautes énergies dans le plasma. A ce titre, nous avons supposé que les électrons libres du Conclusion 36 plasma sont décrits par une distribution d’énergie de type bi-Maxwellienne caractérisée par deux températures T1 et T2, avec la température T2 nettement plus grande que T1 et associée au groupe des électrons de hautes énergies. Notre travail a consisté à calculer les coefficients de taux effectif d’excitation dans l’ion Ne8+ ainsi que les coefficients de taux d’ionisation de couche interne de l’ion Ne7+ pour divers couples des températures prises entre 106 et 3106 K pour la température T1, 20106 et 30106 K pour la température T2. Pour inclure la contribution de l’ionisation de couche interne à l’intensité de la raie z, nous avons également calculé le rapport d’abondance  des ions Ne7+ par rapport aux ions Ne8+ pour les différents couples de températures (T1, T2). A partir des données obtenues, nous avons calculé le rapport R des intensités de z sans et avec prise en compte du processus d’ionisation de couche interne. Nous avons montré que lorsque la température T1 est supérieure ou égale à 2106 K, le rapport R est très proche de 1 quelque soit la valeur de T2, ce qui implique que l’ionisation de couche interne joue un rôle négligeable. Cependant, lorsque la température T1 prend la valeur de 106 K, nous avons trouvé que le rapport R diminue de manière significative par rapport à l’unité, ce qui montre que l’ionisation de couche interne a un effet non négligeable pour les valeurs relativement faibles de T1. En conclusion, j’ai appris, à travers ce mémoire, l’utilisation du logiciel MATHEMATICA, et à mieux comprendre les différents processus atomiques intervenant dans des plasmas chauds. Par ailleurs, ce mémoire m’a permis d’aborder un aspect numérique de la physique atomique appliquée aux plasmas chauds et de mieux utiliser les différentes techniques de recherche appliquées dans le laboratoire pour arriver à un bon résultat.