Trois de mes
traductions pour aujourdhui
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Un plasma neutre ultra froid pourrait simuler l'intérieur des étoiles et
des planètes
08 janvier 2019 Hamish Johnston
Ultracold
neutral plasma could simulate the interior of stars and planets
08 Jan 2019 Hamish Johnston
Thomas Langin, Grant Gorman et Thomas Killian, de
l'Université Rice aux États-Unis, ont refroidi un plasma neutre à une
température record de 50 mK. À l'avenir, les plasmas ultra-froids pourraient
fournir des informations importantes sur l'intérieur des planètes géantes et
des étoiles naines blanches - et pourraient même conduire à la création d'états
de matière exotiques, tels qu'un plasma solide.
Un plasma neutre peut être considéré comme un nuage d'atomes
ionisés avec les électrons libres qu'ils ont abandonnés. Les plasmas sont
normalement chauds car il faut beaucoup d’énergie pour maintenir les atomes
ionisés. Cependant, il est également possible de créer un plasma froid dans
lequel les ions se déplacent lentement (et sont donc froids), tandis que les électrons
se déplacent beaucoup plus rapidement.
Depuis 20 ans, Killian développe des techniques permettant
de créer des plasmas de plus en plus froids à partir de gaz atomiques refroidis
au laser. Un objectif important de ses recherches a été atteint dans ce dernier
travail: la création d’un plasma fortement couplé dans lequel des interactions
électrostatiques entre ions définissent les propriétés physiques du système.
Killian et ses collègues commencent avec un gaz d'environ
500 millions d'atomes de strontium qui est refroidi à 1 mK au moyen de
techniques de refroidissement au laser standard et maintenu dans un piège
magnétique. Le piège est ensuite désactivé et le gaz peut se dilater pendant 6
ms avant que 10% environ des atomes ne soient ionisés par une impulsion laser à
ultraviolets profonds. Les électrons libérés, qui ont eux-mêmes une température
d'environ 15 K, restent au voisinage des ions en raison de l'attraction
électrostatique. En conséquence, le plasma est électriquement neutre à quelques
pour cent près. Les lasers infrarouges sont ensuite a nouvraunutilisés pour
refroidir les ions à des températures aussi basses que 50 mK.
Un paramètre thermodynamique important décrivant les plasmas
est le rapport entre la répulsion électrostatique entre les ions et l'énergie
cinétique des ions. Killian explique que dans ces plasmas ultra-froids, les
interactions entre les ions sont plus importants pour définir les propriétés du
plasma que les mouvements des ions, caractéristique d'un «plasma fortement
couplé».
Il s’avère que ce rapport est à peu près le même pour les
plasmas haute température et haute pression actuellement utilisés dans
l’allumage par fusion au laser de la fusion nucléaire. Un rapport similaire se
retrouve également dans les planètes géantes telles que Jupiter et dans les étoiles naines blanches, où la force
écrasante de la gravité pousse les atomes d'hydrogène si proches les uns des
autres qu'ils forment un plasma chaud et dense. En conséquence, les plasmas ultra-froids
pourraient être utilisés comme simulateurs susceptibles de stimuler le
développement de sources d'énergie de fusion et d'améliorer notre compréhension
des étoiles et des planètes.
«Nous ne pouvons pas étudier les plasmas fortement couplés
aux endroits où ils se produisent naturellement», explique Killian. «Les
plasmas neutres de refroidissement au laser nous permettent de fabriquer des plasmas
fortement couplés en laboratoire, afin que nous puissions étudier leurs
propriétés.»
"Les ions fortement couplés ne peuvent pas être proches
les uns des autres, alors ils essaient de trouver un arrangement qui répugne à
la répulsion de tous leurs voisins", ajoute Killian. "Cela peut
conduire à des phénomènes étranges, comme des plasmas liquides ou même solides,
qui sont bien en dehors de notre expérience normale."
La recherche est décrite
dans S cience
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Plasma Physics January 9, 2019
Scientists
discover a process that stabilizes fusion plasmas
January 9,
2019 by John Greenwald, Princeton Plasma Physics Laboratory
Physique des plasmas 9 janvier 2019
Les scientifiques découvrent un processus qui stabilise les
plasmas de fusion
9 janvier 2019 par John Greenwald, Laboratoire de physique
des plasmas de Princeton
Les physiciens Allan Reiman, à gauche, et Nat Fisch. Crédit:
Elle Starkman / Bureau de la communication de la PPPL
Les scientifiques qui cherchent sur la Terre à amener la
réaction de fusion qui alimente le soleil et les étoiles doivent garder leur plasma super chaud exempt de perturbations. Des chercheurs du Laboratoire de physique des
plasmas (PPPL) de Princeton du ministère de l'Énergie (DOE) ont découvert un
processus qui peut aider à contrôler les perturbations considérées comme les
plus dangereuses.
La fusion par réplication, qui libère une énergie illimitée
en fusionnant des noyaux atomiques dans l'état de la matière appelé plasma,
pourrait produire une énergie propre et pratiquement illimitée pour la
production d'électricité dans les villes et les industries du monde entier.
Capturer et contrôler l’énergie de fusion est donc un défi scientifique et technique
essentiel pour les chercheurs du mondeentier
La découverte PPPL, rapportée dans Physical Review Letters,
porte sur ce qu'on appelle les modes de déchirement: les instabilités dans le
plasma qui créent des îlots magnétiques, une source clé de perturbations du
plasma. Ces îlots, des structures en forme de bulles qui se forment dans le
plasma, peuvent se développer et déclencher des événements perturbateurs qui
arrêtent les réactions de fusion et endommagent des installations en forme de
beignet appelées "tokamaks" qui hébergent les réactions.
Des chercheurs ont découvert dans les années 1980 que
l’utilisation d’ondes radiofréquences (RF) pour entraîner le courant dans le
plasma pouvait stabiliser les modes de déchirement et réduire les risques de
perturbations. Cependant, les chercheurs n'ont pas remarqué que de petits
changements - ou perturbations - de la température du plasma pourraient
améliorer le processus de stabilisation une fois qu'un certainnseuil clé de
puissance est dépassé. Le mécanisme physique identifié par PPPL fonctionne
comme suit:
Les perturbations de la température affectent la force du
vecteur de courant et la quantité de puissance RF déposée dans les îles.
Les perturbations impactent le dépôt de rétroaction de puissance
les uns contre les autres de manière complexe - ou non linéaire.
Lorsque la rétroaction se combine avec la sensibilité de
l’entraînement actuel aux perturbations de la température, l’efficacité du
processus de stabilisation augmente.
En outre, la stabilisation améliorée risque moins d'être
affectée par les disques actuels mal alignés qui ne parviennent pas à atteindre
le centre de l'îlot.
L’impact global de ce processus crée ce que l’on appelle
techniquement "la condensation du courant RF" ou concentration de la
puissance RF dans l’îlot qui l’empêche de croître. "Le dépôt de puissance
est considérablement accru", a déclaré Allan Reiman, physicien théoricien
chez PPPL et auteur principal de l'article. "Lorsque le dépôt de puissance
dans l'îlot dépasse un seuil, il se produit un saut de température qui renforce
considérablement l'effet de stabilisation. Cela permet de stabiliser des îlots
plus grands qu'on ne le pensait auparavant."
Ce processus peut être particulièrement bénéfique pour ITER,
le tokamak international en construction en France, visant à démontrer la
faisabilité de l’énergie de fusion. "Nous craignons que les îlots
grossissent et causent des perturbations dans ITER", a déclaré Reiman.
"Pris ensemble, ces nouveaux effets devraient faciliter la stabilisation
des plasmas ITER."
Reiman a travaillé avec le professeur Nat Fisch, directeur
adjoint des affaires académiques à PPPL et coauteur du rapport. Fisch avait
démontré dans un document historique des années 1970 que les ondes RF pouvaient
être utilisées pour contrôler les courants afin de confiner les plasmas de
tokamak selon un processus appelé à présent "entraînement du courant
RF".
Fisch souligne que "c’est le document novateur de
Reiman en 1983 qui prédisait que ces courants RF pourraient également
stabiliser les modes de déchirement. Le recours au vecteur de courant RF pour
stabiliser les modes de déchirement était peut-être encore plus crucial pour le
programme tokamak que de les utiliser pour limiter" le plasma ", a
déclaré Fisch.
"C'est pourquoi, écrit-il en 1983, le document de
Reiman lançait essentiellement des campagnes expérimentales sur des tokamaks
dans le monde entier pour stabiliser les modes de déchirement". En outre,
at-il ajouté, "de manière significative, en plus de prédire la
stabilisation des modes de déchirement par RF, le document de 1983 a également
souligné l'importance de la perturbation de la température dans les îlots
magnétiques".
Le nouveau document jette un regard neuf sur l’impact de ces
perturbations de la température sur les îlots, une caractéristique sous-estimée
depuis que le document de 1983 l’a souligné. "Nous avons en fait repris
cette pensée un peu plus loin qu’il y a
35 ans en explorant la physique fascinante et les implications plus larges de
la rétroaction positive", a déclaré Fisch. "Il s'est avéré que ces
implications pourraient maintenant être très importantes pour le programme
tokamak d'aujourd'hUI
MES COMMENTAIRES
Ces manips me rassurent sur la réalisation de plasmas stables dans ITER ; Car on a le temps puisque je rappelle a mes lecteurs que la premierer injection de plasma deuterium tritium n est prevue que dans une petite dizaine d années
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3Astronomers
discover first direct evidence of white dwarf stars solidifying into crystals
January 9,
2019, University of WarwicJ
3Les astronomes découvrent les premières preuves directes de
la solidification des cristaux d'étoiles naines blanches
9 janvier 2019, Université de Warwick
Des milliers d'étoiles se transformant en cristaux
Étoile naine blanche en train de se solidifier. Crédit:
Université de Warwick / Mark Garlick
Les astronomes de l’Université de Warwick ont découvert
les premières preuves directes de la solidification d’étoiles naines blanches
en cristaux, et notre ciel en est rempli.
Les observations ont révélé que les restes morts d'étoiles
comme notre Soleil, appelés naines blanches, ont un noyau d'oxygène solide et
de carbone en raison d'une transition de phase au cours de leur cycle de vie
semblable à l'eau se transformant en glace mais à des températures beaucoup
plus élevées. Cela pourrait les rendre potentiellement plus vieux de plusieurs
milliards d'années qu'on ne le pensait auparavant.
La découverte, dirigée par le Dr Pier-Emmanuel Tremblay du
Département de physique de l'Université de Warwick, a été publiée dans Nature
et repose en grande partie sur des observations effectuées avec le satellite
Gaia de l'Agence spatiale européenne.
Les étoiles naines blanches comptent parmi les objets
stellaires les plus anciens de l'univers. Ils sont extrêmement utiles pour les
astronomes, car leur cycle de vie prévisible leur permet d'être utilisés comme
horloges cosmiques pour estimer l'âge des groupes d'étoiles voisines avec un
degré de précision élevé. Ils sont les noyaux des géantes rouges après la mort
de ces énormes étoiles. Leurs couches extérieures sont refroidies en
permanence, car elles libèrent leur chaleur emmagasinée au cours de milliards
d'années.
Les astronomes ont sélectionné 15 000 candidats nains blancs
à environ 300 années-lumière de la Terre à partir d'observations effectuées par
le satellite Gaia et ont analysé les données relatives à la luminosité et aux
couleurs des étoiles.
Ils ont identifié une sorte d’empilement, un excès du nombre
d'étoiles à des couleurs et des luminosités spécifiques qui ne correspondent à
aucune masse ni à aucun âge. Par rapport aux modèles d’évolution des étoiles,
l’empilement coïncide fortement avec la phase de leur développement au cours de
laquelle on prévoit que la chaleur latente sera libérée en grande quantité, ce
qui ralentira leur processus de refroidissement. On estime que dans certains
cas, ces étoiles ont ralenti ainsi leur
vieillissement de près de 2 milliards d'années, soit 15% de l'âge de notre
galaxie.
Le Dr Tremblay a déclaré: "C’est la première preuve
directe que les naines blanches se cristallisent ou passent du liquide au
solide. On avait prédit il y a cinquante ans que nous devrions observer une
accumulation du nombre de nains blancs à certaines luminosités et couleurs à la
cristallisation et c’est seulement maintenant quecela a été observé.
"Tous les nains blancs se cristalliseront à un moment
donné de leur évolution, bien que des nains blancs plus massifs aient suivi plus tôt le processus. Cela signifie
que des milliards de nains blancs de notre galaxie ont déjà achevé le processus
et sont essentiellement des sphères de cristal dans le ciel. Le Soleil lui-même
deviendra un nain blanc cristal dans environ 10 milliards d’années ".
La cristallisation est le processus par lequel un matériau
devient un état solide dans lequel ses atomes forment une structure ordonnée.
Sous les pressions extrêmes dans les noyaux nains blancs, les atomes sont si
tassés que leurs électrons deviennent non liés, laissant un gaz électronique
conducteur régi par la physique quantique et des noyaux chargés positivement
sous une forme fluide. Lorsque le noyau a refroidi à environ 10 millions de
degrés, suffisamment d’énergie a été libérée pour que le fluide commence à se
solidifier, formant un noyau métallique en son cœur avec un manteau enrichi en
carbone.
Le Dr Tremblay a ajouté: "Nous avons non seulement des
preuves de dégagement de chaleur lors de la solidification, mais nous avons
besoin de detecter beaucoup plus d'énergie
pour expliquer les observations. Nous pensons que cela est dû à la
cristallisation de l'oxygène, puis à son affaissement au cœur, processus
similaire à la sédimentation sur un lit
de rivière sur Terre, ce qui poussera le carbone vers le haut ( l exterieur )
et cette séparation libèrera de l’énergie gravitationnelle.
"Nous avons fait un grand pas en avant pour obtenir des
âges précis pour ces nains blancs plus froids et donc pour les vieilles étoiles
de la Voie Lactée. Une grande partie du mérite de cette découverte réside dans
les observations de Gaia. Grâce aux mesures précises dont elle est capable Nous
avons bien compris l’intérieur des nains blancs et d’une manière inattendue. Avant Gaia, nous
avions 100 à 200 nains blancs avec des distances et des luminosités précises,
et nous en avons maintenant 200 000. Cette expérience sur une matière
ultra-dense ne peut être effectué dans aucun laboratoire sur Terre ".
Pour plus d'informations: Pier-Emmanuel Tremblay et al,
Cristallisation et empilement de noyaux dans la séquence de refroidissement de
naines blanches en évolution, Nature (2019). DOI: 10.1038 / s41586-018-0791-
MON COMMENTAIRE
Il serait intéressant de
profiter de ces observations pour déterminer le pourcentages des naines blanches par rapport à la masse totale de la galaxie –hôte ;;;;;Nous
n’avons pas en réalité une compréhension complète de la cinétique de
condensation des proto galaxies spirales
et en particulier quelles sont
les catégories d’étoiles dont la
formation est privilégiée …La classification
de HERTZSPRUNG RUSSEL ne nous décrit
que le résultat actuel global mais pas son échelonnement dans le temps de vie
des galaxies
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