High Energy Density Plasmas Produced by Pulsed Power Machines

The Laboratory of Plasma Studies, Cornell University has been studying High Energy Density (HED) plasmas produced by 10¹¹ – 10¹² Watt pulsed power machines for many years. At the present time, our research includes fundamental studies and applications of HED plasmas in several configurations, but all produced by passing up to 1 MA of current through fine (e.g., 25 µm) metal wires or thin (e.g., 5 µm) metal foils. The resulting plasmas are as high density and temperature as 10²²/cm³ and 1.5 keV, respectively, with very short life, << 1 ns, or last as long as a few hundred nanoseconds at a density of 10¹⁹/cm³ or more and a temperature of a few tens of eV. We are studying fundamental aspects of these plasmas, such as their radiative properties and stability, as well as their applications. For example the very short-lived, hot plasma is also very tiny and can be used for point projection radiography, while the longer-lived plasmas can be used for laboratory plasma astrophysics. We also devote considerable effort to diagnostic development for HED plasmas, such as X-ray absorption spectroscopy to determine plasma density, temperature and ionization state as a function of position. Some measurements are sufficiently accurate that they can be used to check atomic physics calculations. A selection of these fundamental studies, applications and diagnostic projects will be described.

La propagation d'ondes de chocs dans le milieu interstellaire est un phénomène universel dans le Milieu Interstellaire, où la vitesse du son est faible en raison notamment des faibles températures qui y règnent. Depuis plusieurs décades, les observations montrent que, durant les premiers stades de la vie d'une étoile de faible masse, le processus d'accrétion est souvent associé à un processus d'éjection, sous la forme de jets collimatés s'étendant de quelques UA à quelques pc de part et d'autre de la source. L'impact supersonique entre le jet et le nuage interstellaire parent engendre une onde de choc qui se propage dans le milieu ambiant. De larges cavités, appelées flots bipolaires, apparaissent alors et peuvent être observées via l'émission moléculaire dont elles sont la source. Dans ces zones de chocs, le gaz interstellaire est accéléré, compressé et chauffé. Des réactions chimiques spécifiques sont rendues possibles dans ces conditions de température et de pression, sur les grains de poussière interstellaire comme dans la phase gazeuse, sur des échelles de temps restreintes, rendant spécifique  la composition de ces zones de chocs. L'émission des molécules qui composent ces régions en constitue le principal moyen de refroidissement. Dans ce séminaire, je m'attacherai à décrire les observations les plus récentes du flot bipolaire BHR71, ainsi que les éléments constitutifs des modèles avec lesquels nous comparons ces observations. Je montrerai aussi quelles informations de telles comparaisons nous amènent sur le choc en lui-même (type, vitesse, âge), mais aussi sur les conditions physiques du milieu ambiant (densité pré-choc, champ magnétique). La finesse des contraintes obtenues dépendant du nombre d'observations disponibles, je montrerai donc comment les observations de SiO et H2 permettent à leur tour de réaliser des prédictions d'émission pour H2O, pour lesquelles les premières observations par Herschel seront bientôt disponibles.