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Contributions to Plasma PhysicsVolume 59, Issues 4-5 & 6: Special Issues: Part I & II
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Approche sans orbitale des plasmas denses
No full textLes propriétés microscopiques des plasmas chauds et denses plasmas couplés constituent un domaine d étude essentiellement exploré par les théories de physique classique telles que le plasma à une composante, théorie basée sur un certain nombre de paramètres ajustables, en particulier l ionisation. Nous nous proposons, dans ce travail de thèse, d aborder cette thématique par une approche sans paramètre fondée sur le couplage cohérent de la dynamique moléculaire classique des noyaux et de la théorie de la fonctionnelle de la densité sans orbitale pour les électrons. La composante électronique est ainsi représentée par une énergie libre semi-classique dont la seule variable pertinente est la densité locale. Le modèle a été validé par comparaison avec une méthode ab initio, la dynamique moléculaire quantique, qui décrit également le fluide électronique par une énergie libre mais exprimée au moyen d une théorie quantique de particules indépendantes. Suite à cette validation, la dynamique moléculaire sans orbitale a été mise à profit pour évaluer l équation d état, à l équilibre thermodynamique, de plasmas de bore et de fer à très haute température et densité. Des comparaisons avec les modèles classiques ont été entreprises sur les propriétés structurales et dynamiques. Enfin, les lois de mélange d équations d état ou de coefficient de transport ont été vérifiées par simulation directe d un plasma constitué de deutérium et de cuivre.The microscopic properties of hot and dense plasmas stay a field essentially studied thanks to classical theories like the One Component Plasma, models which rely on free parameters, particularly ionisation. In order to investigate these systems, we have used, in this PhD work, a semiclassical model, without free parameters, that is based on coupling consistently classical molecular dynamics for nuclei and orbital free density functional theory for the electrons. The electronic fluid is represented by a free energy entirely determined by the local density. This approximation was validated by a comparison with an ab initio technique, quantum molecular dynamics. This one is identical to the previous except for the description of free energy that depends on a quantum-independent-particle model. Orbital free molecular dynamics was then used to compute equation of state of boron and iron plasmas in the hot and dense regime. Furthermore, comparisons with classical theories were performed on structural and dynamical properties. Finally, equation of state and transport coefficients mixing laws were studied by direct simulation of a plasma composed of deuterium and copper.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF
Sudden diffusion of turbulent mixing layers in weakly coupled plasmas under compression
No full textInternational audienceThe rapid growth of viscosity driven by temperature increase in turbulent plasmas under compression induces a sudden dissipation of kinetic energy, eventually leading to the relaminarization of the flow [Davidovits and Fisch, Phys. Rev. Lett. 116, 105004 (2016)]. The interdiffusion between species is also greatly enhanced, so that mixing layers appearing at interfaces between different materials are subjected to strong dynamical modifications. The result is a competition between the vanishing turbulent diffusion and the expanding plasma microscopic diffusion. In direct numerical simulations with conditions relevant to inertial confinement fusion, we evidence regimes where compressed spherical mixing layers are quickly diffused during the relaminarization process. Using one and two-point turbulent statistics, we also detail how mixing heterogeneities are smoothed out
