[Publication] Transfert d’impulsion lié aux fluctuations dans des faisceaux relativistes

Lundi 10 mai 2021
Sous titre
Les plasmas de fusion et d’astrophysique sont des systèmes faiblement collisionnels: on peut ainsi négliger les collisions dans une description statistique (modèle Vlasov-Maxwell), qui prend en compte l’aspect auto-cohérent et collectif des interactions électromagnétiques. Le caractère hamiltonien du système obtenu implique non seulement la conservation de l’énergie mais également celle de l’entropie qui, dans cette description statistique, correspond à un invariant de Casimir. D’un point de vue mathématique, la conservation des invariants de Casimir est toutefois obtenue seulement dans l’hypothèse d’une certaine régularité de la fonction de distribution.

Dans ce travail, nos chercheurs ont démontré, à partir d’expériences numériques, une violation locale et réversible de la conservation de l’entropie, en considérant l’interaction faisceau-plasma dans le régime relativiste. Ils ont en particulier considéré une configuration de deux faisceaux électroniques se propageant dans la même direction, mais dans des sens opposés. Une telle configuration est instable et conduit à la génération et l’amplification d’un champ magnétique intense et à des mécanismes de transfert d’énergie. Ce problème est rencontré dans les expériences laser-matière à très haut flux ou dans les jets de plasmas en astrophysique.

En utilisant un modèle de réduction hamiltonien basé sur les symétries du système (le modèle multi-faisceau) et des méthodes semi-lagrangiennes développées dans la simulation des plasmas de tokamaks, nos chercheurs ont mis en évidence une corrélation entre la violation des invariants de Casimir et l’échange de quantité de mouvement entre les particules, induit par les fluctuations microscopiques de la fonction de distribution. Ils ont ainsi pu mettre en évidence le caractère réversible de cette variation d’entropie en accord avec la théorie de l’information.

Ce type d’étude peut également être rencontré dans les plasmas de tokamak, où la turbulence et le transport anormal associé jouent un rôle primordial.

 

Titre : Momentum transfer driven by fluctuations in relativistic counter- propagating electron beams

Auteurs : Alain Ghizzo, Daniele Del Sarto

Nom de la revue : Plasma Physics and Controlled Fusion

Date de parution (en ligne) : 26 mars 2021

Lien : https://doi.org/10.1088/1361-6587/abe695

Légende de l'image :

A gauche : variation de la norme L2, quantité similaire à une entropie

A droite : tracé du champ électrostatique perpendiculaire à la direction des faisceaux électroniques, montrant l’apparition d’une instabilité de filamentation oblique de type Weibel, responsable de la génération d’un champ magnétique