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Accueil > A propos du LPP > Communication > Actualités archivées > 2022 > Un modèle de moments qui capture les effets dus aux fonctions de distribution en énergie des électrons non maxwelliennes dans les plasmas partiellement ionisés

Un modèle de moments qui capture les effets dus aux fonctions de distribution en énergie des électrons non maxwelliennes dans les plasmas partiellement ionisés

Les chercheurs de l’équipe plasmas froids du LPP qui travaillent sur la propulsion électrique ont proposé un modèle fluide qui capture de manière auto-cohérente les fonctions de distribution en énergie des électrons (EEDF) non maxwelliennes dans les plasmas partiellement ionisés. Le travail est publié dans la collection « Editor’s pick » du Physics of Plasmas.

Les électrons dans les plasmas partiellement ionisés ne suivent pas souvent une fonction de distribution maxwellienne en raison des collisions avec un gaz beaucoup plus froid, des inhomogénéités spatiales et de la présence de champs électromagnétiques (voir figure 1). Cependant, la plupart des modèles fluides développés pour simuler les décharges plasmas sont basés sur l’approximation locale (qui suppose que les forces électriques sont localement équilibrées par les collisions avec le gaz) ou simplifient les termes des échanges collisionnels (en supposant une fréquence de collision constante ou une distribution maxwellienne ).

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Figure 1
Mesures expérimentales de l’EEDF réalisées au LPP d’une décharge d’argon. En supposant une fonction de distribution maxwellienne (à gauche), la queue de la distribution est surestimée. Alternativement, le modèle aux moments d’ordre élevé est capable de capturer la forme de l’EEDF.

Dans ce travail, on propose un modèle macroscopique qui, outre les équations de conservation des particules, de la quantité de mouvement et de l’énergie, résout les équations d’évolution du flux de chaleur et du quatrième moment. L’article montre qu’en résolvant cette dernière, on est capable de capturer de manière auto-cohérente des fonctions de distribution non maxwelliennes comme on le voit dans les expériences et dans les simulations cinétiques (figure 2). De plus, de nouveaux phénomènes de transport non locaux sont nouvellement mis en lumière par le modèle. Ils sont causés par les gradients spatiaux de l’EEDF, ce qui va au-delà de l’hypothèse de champ local. Les termes de collision dans les équations sont résolus exactement en considérant les processus de collisions élastiques, inélastiques et d’ionisation. Enfin, ce modèle est moins coûteux en calcul que les solveurs cinétiques.

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Figure 2
Comparaison entre les simulations cinétiques (rouge), le modèle aux moments d’ordre élevé (vert) et un modèle qui suppose une fonction de distribution maxwellienne (bleu). Le modèle proposé capture quantitativement la fonction de distribution comme celle simulée avec un solveur cinétique.

Voir en ligne : A. Alvarez Laguna, B. Esteves, A. Bourdon, and P. Chabert, Phys. Plasmas 29, 083507 (2022)

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