(a)Onsupposeladensitéde courant~
j=jz~ezuniforme.Déterminerle champmagnétique
additionnelcréé parce courant.
(b)En déduire,avec ceshypothèses, leprofildepressionP(ρ)àl’intérieurdu cylindre,
lapression devenantnulleàlaparoiρ=a.
(c)Lavaleurcaractéristiquedu champmagnétiquegénéréparlesolénoïde estBz≃4T,
etlacomposanteadditionnelle créée par~
jestdel’ordrede10%deBzenρ=a.
Calculerlapressionsurl’axedu cylindre(ρ=0).
4.Onsupposeque chaque espèce chargée se comporte commeun gazparfaitmonoatomique.
(a)Ona obtenu parchauffagelatempératureTtellequekBT=10 keVsurl’axedu
cylindre.CalculerTenKelvin.Évaluerladensitévolumiqued’ionscorrespondante.
(b)Laconditionàsatisfairepourquel’énergieproduiteparlesréactionsdefusionsoit
supérieureàl’énergie consommée parletokamakestle«critèredeLawson » reliant
ladensitévolumiquenDd’ions, leur températureTetleurdurée de confinementτ;
numériquementτnD(kBT)>1021 keV·m−3·s.
Avec lesvaleursnumériquesprécédentes,évaluerladurée minimalede confinement
nécessairepourquele critèredeLawsonsoitvérifié.
III.Chauffagedu plasma
Pour réaliserlafusion, il fautunetempératuretrèsélevée.Nousallonsétudierunedes
techniquesde chauffageutilisées.
1.Dansun plasma,uneondelongitudinaledepression(du typeonde«sonore»)est
souventaccompagnée d’un champélectriquelongitudinal ; ce typed’onde,sanschampmagné-
tique,estappelée «onde électrostatique».Soitunetelleondeplane,donnée parson potentiel
Φ=−Φ0cos(ω1t−kx).On noteracΦlacéléritédel’onde.Le choixdesoriginesest telque
qΦ0>0.
(a)DansleréférentielgaliléenRdu laboratoire,écrirel’équation du mouvementd’une
particule chargée,de coordonnées(x,y,z),en présence de cetteonde.
(b)Àl’aided’un changementderéférentieladéquat,ramenercette équationàl’équa-
tion du mouvementdansun champ deforcesindépendantdu temps.En déduireune
constanteEdu mouvement,correspondantàl’énergiedanslenouveauréférentielR’.
(c)PréciserdansR’ lestypesdemouvementpossiblesetdécrirelesdifférentesformesdu
portraitdephaseauxquellesellescorrespondent.
Préciseren particulierleséquationsdescourbesquiséparentdansleplan dephase
cesdiverstypesdemouvement;on poseraδ=2»qΦ0/m.
(d)Montreraumoyen du portraitdephasequelesparticulesdontlesvitessesinitiales
selonxdansRsontcomprisesdansl’intervalle]cφ−δ,cφ+δ[peuventêtre« piégées»
parle champélectrique.Montrerquepouruneparticulepiégée, lavaleurmoyennede
lacomposantevxdesavitessedansR,surun temps suffisammentlong,estégaleà
cφ.
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