Rôle du transfert radiatif dans la forme des raies spectrales émises par les plasmas

Role of radiative transfer in spectral line shapes from plasmas

Laboratoire de Spectroscopie Atomique et Ionique, Université Paris-Sud, 91405 Orsay, et GRECO “Interaction Laser-Matière”, Ecole Polytechnique, 91120 Palaiseau, France.

Résumé

L’étude du transfert radiatif dans les plasmas est nécessaire comme l’un des éléments déterminant les propriétés physiques du milieu ainsi que pour l’interprétation des expériences de spectroscopie destinées aux diagnostics. Nous passons en revue les principaux problèmes rencontrés dans le calcul du transfert radiatif : facteurs géométriques, redistribution de fréquence, couplage avec l’excitation et l’ionisation, rôle des inhomogénéités dans les milieux à forts gradients. Nous cherchons à dégager la signification et les limites de validité des approximations correspondant à ces différents aspects de la théorie du transfert radiatif, principalement dans le cas des plasmas chauds et très denses. Partant de résultats expérimentaux obtenus sur des plasmas produits par des lasers de puissance, nous montrons que le calcul du transfert permet de rendre compte d’élargissements, d’asymétries, de dédoublements de raies spectrales en établissant une relation précise de telles caractéristiques avec la distribution inhomogène de la densité et de la température ainsi qu’avec le mouvement d’expansion hydrodynamique des ions.

Abstract

Radiative transfer has a part in plasma basic properties as in spectroscopic results wanted for diagnostic purposes. Here, we review the main problems encountered in radiative transfer calculations: symmetry of the medium, frequency redistribution inside the line profiles, coupling with excitation and ionization, effect of density and temperature steep gradients. We discuss the meaning of the various approximations used for solving these problems and the limits of their applications, especially in the case of hot dense plasmas. From experimental results obtained with laser-produced plasmas, we show that radiative transfer calculation may account for line broadening, profile asymmetry, line splitting, when plasma features like density and temperature inhomogeneity and hydrodynamical ion expansion are introduced.