- Instabilite electrothermique
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Instabilité électrothermique
L'instabilité électrothermique dite aussi instabilité de Velikhov ou instabilité d'ionisation a été théoriquement énoncée par le physicien russe Evgeny Velikhov en 1962, prédiction qu'il confirma expérimentalement en 1965[1].
C'est une "turbulence du gaz d'électrons" qui survient dans le plasma bitempérature d'un convertisseur MHD, soumis à un fort champ magnétique en régime hors d'équilibre thermique, c'est-à-dire où la température électronique excède de plusieurs ordres de grandeur la température ionique (le "gaz d'électrons" est chauffé à 10 000 kelvins, alors que les "lourds" (atomes et ions) restent "froids" aux alentours de 4 000 K).
Au niveau microscopique, localement le nombre d'électrons et leur température (la densité et la vitesse d'agitation thermique électroniques) fluctuent, de même que le courant et le champ électrique. La cause physique de cette instabilité provient d'une augmentation du taux de transfert thermique par effet Joule aux électrons libres, qui dépasse le temps nécessaire à l'évacuation de cette chaleur sous forme de transfert d'énergie de nature collisionnelle, rotationnelle, radiative ou conductrice.
Sa manifestation est extrêmement rapide puisqu'elle apparaît en quelques microsecondes. Elle transforme un gaz ionisé en une alternance de couches riches et de couches pauvres en électrons libres, ce qui se traduit visuellement par un plasma stratifié, zébré "en pile d'assiettes" :
Évolution de l'instabilité électrothermique dans un convertisseur MHD de Faraday
Lignes de courant électrique (calcul numérique, Russie, 1968)
Cette instabilité électrothermique ruine le rendement des convertisseurs MHD à plasma froid. Elle causa ainsi l'arrêt global des recherches civiles sur les générateurs MHD, pourtant très actives des années 1960 à 1970, car on jugeait alors cet écueil insurmontable.Voir aussi
Articles connexes
Liens externes
- (en) Two-température ionisation instability : Chapitre 4 (MHD) - Section 10, pp. 230-241 du livre de cours de physique des plasmas Partially Ionized Gases, Morton Mitchner et Charles H. Kruger Jr., éd. John Wiley & Sons, Inc., 1973 (reprint 1992), Département Mechanical Engineering de l'Université Stanford, Californie, USA (ISBN 0-471-61172-7)
Notes
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- E. P. Velikhov, Hall instability of current-carrying clightly-ionized plasmas, 1° International Symposium on Magnetoplasmadynamics Electrical Power Generation, Newcastle-upon-Tyne, England, paper 47, 1962.
- E. P. Velikhov, A. M. Dykhne, Plasma turbulence due to the ionization instability in a strong magnetic field, 6° International Conference on Ionization Phenomena in Gases, Paris, France, p. 511, 1962.
- E. P. Velikhov, A. M. Dykhne, I. Ya Shipuk, Ionization instability of a plasma with hot electrons, 7° Int. Con! on Ionization Phenomena in Gases, Belgrade, Yugoslavia, 1965.
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