Physique atomique, moléculaire et rayonnement

Ce module s’articule en deux parties. La première partie rappelle d’abord les bases quantiques de la physique atomique et moléculaire, puis présente les concepts de distributions des états atomiques et moléculaires. La deuxième partie établit les liens avec la physique statistique pour poser les bases de la physique dynamique des plasmas, puis introduit les éléments nécessaires à la modélisation de la cinétique chimique dans les plasmas, et enfin donne une ouverture vers les concepts de rayonnement et de spectroscopie atomique et moléculaire des gaz. Des TD d’application pour illustrer ces concepts seront choisis dans chacun des grands domaines du Master Plasma-Fusion.

Introduction. Atome à deux niveaux, modèle d’amplitude, matrice densité, populations diagonales et non diagonales, coefficients d’Einstein.

Structure atomique et moléculaire. Atome hydrogénoïde, atome à électrons multiples, potentiel moyen et méthode d’Hartree-Fock, concept d’électron optique, molécule H2+, approximation de Born Oppenheimer, H2, hybride, configurations électroniques, rotation, vibration (diatomiques), ordres de grandeurs moléculaires

Population des états atomiques et moléculaires. Statistiques des particules, fonctions de partition, Populations des états atomiques et moléculaires, équations d’état, distributions de Boltzmann, Maxwell, équilibre thermodynamique complet, local.

Propriétés thermodynamiques. Capacité calorifique, enthalpie, entropie, énergie libre, pression, viscosité,… pour atomes et diatomes

Processus collisionnels élémentaires. Principe de microréversibilité, balance détaillée, invariance CPT d’hamiltonien, section efficaces, taux de réactions, libre parcours moyen, collisions élastiques, excitation/désexcitation, ionisation/recombinaison, attachement et détachement électronique, quenching, transfert de charge, dissociation/recombinaison

Rayonnement. Raies spectrales (intensités, profils), loi de Planck et température radiative, hydro-radiative, coefficients d’émission et d’absorption, rayonnement continu, équation de transport radiatif, modèles collisionnels-radiatifs

Applications : Fusion magnétique, Fusion inertielle, Laser (optique et XFEL), Physique atomique, Physique moléculaire, Décharges.