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Université KASDI Merbah Ouargla
Faculté des Mathématiques et
Sciences de la Matière
Département : Physique

L3 / Rayonnement
Matière : Plasma
2016/2017
Séries d’exercices

Exercice 1 :
Répondre par (vrai) ou (faux), corriger la réponse fausse et justifier dans tous les cas :
Physique
du :‫متحان النهائي في مادة‬
1) On peut ioniser un gaz par un champ
électrique.
2) La longueur de Debye est l’échelle temporelle
au-delà
de laquelle les effets coulombiens d’une
solide
(Phy9)
particule chargée sont écrantés.
3) Dans l’équation de conservation de masse
, on utilise s = 0 dans le cas des collisions
inélastiques.

Exercice 2 :
Dans un plasma la longueur de Debye et le nombre de particules dans une sphère de Debye sont donnés par
les relations suivantes :

1) Vérifier que
2) Calculer λD et ND dans les cas suivants :
a) Un gaz fortement ionisé (plasmas de tokamak) de température électronique 107 K et une densité
électronique de 1014 cm-3
b) Un gaz faiblement ionisé (Décharge courant faible) de température électronique 104 K et une
densité électronique de 1011 cm-3
Qu’est qu’on peut remarquer ?

Exercice 3 :
1) Que signifie la fréquence plasma électronique?
2) Cocher la bonne réponse :

3) Calculer la fréquence plasma dans les cas (a) et (b) de l’exercice 2.
4) Qu’est qu’on peut remarquer ?
5)Donner la formule qui traduit la relation entre λD et

Exercice 4 :
1) Citer les réactions entre les particules qui peuvent être dans un plasma.
2) Définir le taux de réaction.
3) Le taux de réaction dépend principalement de deux grandeurs (paramètres), citez les.

Exercice 5 :
1) Donner une équation qui décrit le mouvement d’une particule. Que signifie chaque grandeur ?
2) Que peut-on calculer à partir des équations de Maxwell dans le vide ?
3) Que peut-on calculer des équations de conservation dans l’approximation fluide du plasma ?

Exercice 6 :
Mentionner le processus qui a eu lieu pour chaque équation :
a) e + H2
e + H2*
e + H +H
*
+
b) He + Ar
He + Ar + e
c) e+O2+
O+O
d) e + He+
He + hν
e) e + Cl
(Cl-)*
Cl- + hν
1/2

Exercice 7 :
On donne ci-dessous les énergies d’ionisation de quelques gaz :
Molécules
CO2
N2
O2
Ei(eV)
13,7
15,5
12,2

H2
15,4

H2O
12,6

Si on suppose des électrons qui se déplacent avec une énergie cinétique EC=13,5 eV et entre en collision
avec les molécules de ces gaz, quels sont les gaz qui peuvent subir à une ionisation.

Exercice 8 :
Le but de cet exercice est de calculer la densité de puissance d’un plasma dans le cas des réactions
thermonucléaires D-T.
La densité de puissance est donnée par la relation :
 En : l’énergie produite par réaction
 n1, n2 : densités des particules
 <σv> : taux de réaction
1) Sur la figure 1 vérifier que <σv> à une valeur maximale de ≈ 9.10-22m3/s pour une température de T=70
keV dans les réactions thermonucléaires D-T.

1 eV =1,6.10-19J
1 MeV=1,6.10-19J

2) L’énergie par réaction est de 17,6 MeV. Calculer dans ce cas la densité de puissance si n1=n2=1020m-3 et
vérifie quel est égal à P ≈ 25.3 MW/m3.
3) La figure 2 présente la densité de puissance totale pour les réactions de fusion D-T et D-D. En utilisant le
tableau du devoir ou n’importe quel outil qui présente une classification des plasmas en fonction de la
densité et la température des plasmas. Est qu’on peut verifier les valeurs numérique des calculs
précédents ? Expliquer.

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