I.Interactiononde électromagnétique-plasma
I.1Onconsidèreun plasmaneutre composéd’ions,pfoisionisés,demassemietdedensitévolu-
miqueni,ainsiqued’électronsdemassemeetdedensiténe.Traduire enéquationlaneutralité
électriquedu plasma.
Ons’intéresseaucouplagede ce plasma avec uneonde électromagnétiqueplaneprogressive
sepropageantdanslesensdeszcroissants,devecteurd’onde~
k=k~ez.
On utiliseralesnotationscomplexesavec :
~
E=E0expi(ωt−~
k·~r)~ex,~
B=B0expi(ωt−~
k·~r)~ey
I.2Onsupposeleplasmasuffisammentdiluépourquelesionsetlesélectronspuissentêtre consi-
déréscommeindépendantslesunsdesautres.Depluson négligel’action du champmagnétique.
Écrirelarelationfondamentaledeladynamiquepourlesionsetlesélectrons.En déduire
que,pourdesparticulesdevitessesinitialesnulles, lesdéplacements s’effectuentselonOx,per-
pendiculairementà~
k.
I.3En utilisantlanotationcomplexe,exprimerlesvitessesdesions~vietdesélectrons~veen
fonction du champélectrique.En déduirel’expressionlocaledeladensitéde courant~
jenfonction
de~
E.Justifierqueseulslesélectronscontribuenten pratiqueaucourantdansleplasma.
I.4Établirlarelation dedispersion desondesélectromagnétiquesdansleplasma,c’est-à-direla
relationk(ω).On définirala "fréquence plasma" ωpparωp=»nee2/ε0me.
Tracerl’alluredelacourbek(ω);on préciseraen particulierlatangente enk=0etlaforme
asymptotiqueauxgrandesfréquences.
I.5Àquelle conditionl’onde électromagnétiquesepropage-t-elle effectivementdansleplasma?
Pourunepulsationωdonnée,en déduirequ’il existeunedensité électronique critiquenCau-delà
delaquellel’ondenepeutplus sepropager.
I.6Quesepasse-t-il lorsqu’uneonde électromagnétique,sepropageantdanslevide,pénètre
dansun plasmadedensité électroniquetellequeωp>ω?En particulier,ya-t-il dissipation
énergétique?
I.7Application numérique.Leslasersdepuissance enservice danslemonde(installation
OMEGAauxUSA,Ligned’IntégrationLaserenFrance)ouencoursde construction(Laser
Mégajoule,NationalIgnitionFacility)fonctionnentàlalongueurd’ondeλL=351 nm.
Calculerladensité critique correspondante.Lacompareràladensité électroniqued’un métal
quiestdel’ordrede1×1023 cm−3.
I.8L’expérience montrequelefaisceau d’un laserdepuissance,focalisésurun échantillon, l’ionise
enformantun plasmaetqu’il estabsorbé,essentiellementauvoisinagedelapositionoùladensité
électronique estvoisinedeladensité critiquenC.Pourpouvoirinterpréterce phénomène,quelle
hypothèse effectuée au débutde cettepartiefaut-il remettre encause?