Par rapport aux approches détaillées

Les approches détaillées permettent des calculs de spectres suffisamment précis pour les opacités de plasmas chauds. Mais elles peinent, voire échouent à calculer complète- ment l’opacité de plasmas pour des éléments Z intermédiaires, à cause de l’ouverture de la couche d qui accroît considérablement le nombre et la complexité des configura- tions. Les approches détaillées suscitent un intérêt grandissant au XXIè siècle grâce à l’augmentation de la puissance des outils de calcul. Des codes atomiques tels FAC et HULLAC [33, 34] peuvent être automatisés pour faire des calculs d’opacités avec des faisceaux de transition détaillés.

Si SCORCG n’est pas conçu au départ pour effectuer uniquement des calculs dé- taillés, il peut néanmoins s’approcher très fortement du résultat que peut obtenir un code de calcul détaillé. Pour des plasmas contenant des configurations pas trop com- plexes et en paramétrant le calcul DTA d’un maximum de faisceaux de transition, SCORCG peut ne calculer que des faisceaux de transition détaillés. SCORCG a plu- sieurs atouts que n’ont pas tous les codes détaillés.

1. La structure atomique est donnée par un calcul autocohérent qui assure une prise en compte approximative de l’environnement plasma et de la température. Il est possible, en reprenant d’autres développements de SCO, d’ajouter un traitement quantique des électrons libres.

2. Le calcul de tous les faisceaux de transition est possible et effectué. S’il n’est pas possible ou souhaitable de faire un calcul détaillé sur un faisceau, alors le faisceau est traité par les méthodes statistiques UTA ou SOSA. Ce point rend SCORCG par- ticulièrement performant dans le calcul d’opacité de plasmas où se trouvent des configurations de complexité très variable, par exemple une couche M ouverte à partir de quelques dizaines d’électron-volts.

3. Les configurations à traiter sont sélectionnées automatiquement, sans qu’il soit nécessaire d’établir une liste de configurations à part. Rien n’empêche cependant d’entrer une liste de configurations sélectionnées autrement.

4. Le nombre de configurations à calculer peut être contrôlé à l’aide des supra- couches, qui permettent de prendre en compte des couches de Rydberg peu peu- plées.

En résumé, SCORCG a toutes les capacités d’un code détaillé, tout en limitant au- tomatiquement la complexité du calcul et d’autres erreurs éventuelles par le calcul des faisceaux qui ne peuvent être détaillés avec les méthodes UTA ou SOSA. L’effet de la supracouche-chapeau, qui force des calculs statistiques, est de faire reposer le spectre détaillé sur un « substrat » statistique contenant les faisceaux de transition non détaillés, ce qui est comparable en apparence, mais pas dans les principes, à la méthode MUTA utilisée par d’autres équipes [79].

Le phénomène de substrat statistique s’observe très bien sur des plasmas d’élé- ments légers, tel ce calcul d’opacité de couche K de l’aluminium dans les conditions de l’expérience de Davidson [80], à savoir 10−2 _{g/cc et 37 eV, sur les 200 supraconfi-}

gurations les plus abondantes. En détaillant les faisceaux ayant jusqu’à 200 000 raies, on obtient un spectre dans lequel la contribution de l’opacité détaillée repose sur un substrat statistique – le graphe en haut de Fig. 6.1 est semi-logarithmique –. Ce substrat est principalement constitué des suprafaisceaux de transition calculés au départ des supraconfigurations.

La comparaison des contributions détaillée et statistique au lié-lié au milieu de Fig. 6.1 montre que les calculs détaillés dominent largement dans l’opacité de ce plasma d’aluminium. Le calcul a été fait en autorisant jusqu’à 200 000 raies par faisceau détaillé, mais l’opacité obtenue en acceptant jusqu’à 10 000 raies par faisceau est quasiment iden- tique à la précédente. L’explication est donnée en bas de Fig. 6.1, où on voit que très peu de faisceaux de transition excèdent 10 000 raies.

Lorsque les faisceaux sont plus complexes, ou lorsque le nombre maximum de raies par faisceau est plus faible, le substrat statistique prend de l’ampleur jusqu’à égaler en moyenne voire dépasser la partie détaillée. C’est le cas pour la couche L du germanium à 43 eV et 25 mg/cm3_{. En dépit de la possibilité de calculer des faisceaux détaillés ayant}

jusqu’à 200 000 raies, l’opacité lié-lié Fig. 6.2 est dominée par les calculs statistiques. La contribution statistique est plusieurs fois supérieure à la contribution détaillée Fig. 6.3. Cependant, une différence notable est à observer entre la structure correspondant à la transition 2p₋3d à gauche et les structures correspondant aux transitions 2p₋nℓoù ℓ=s, d et n≥4. Pour la transition 2p−3d, ainsi que 2p−4s, la contribution statistique est environ deux fois supérieure à la contribution détaillée. Pour les transitions vers des sous-couches plus hautes, la contribution statistique est en moyenne 5 fois plus importante que la contribution détaillée. Ce phénomène peut s’expliquer par la plus grande complexité des faisceaux 2p−nd avec n ≥ 4 par rapport à la complexité des faisceaux 2p₋3d. Les derniers n’ouvrent pas de sous-couche supplémentaire, et l’ajout

1500 1600 1700 1800 1900 Énergie (eV) 103 104 105 Opacité (cm²/g) Lié-libre et libre-libre Contribution statistique à l'opacité hybride Opacité hybride totale Opacité 100 % statistique 1500 1600 1700 1800 1900 Énergie (eV) 102 103 104 105 Opacité (cm²/g) Lié-lié total Contribution statistique Contribution détaillée Statistique 100 101 102 103 104 105 106 Nombre de raies 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Intensité totale (u.a.)

FIGURE6.1 –

Haut : spectre en opacité de l’aluminium à 10−2_g/cm3_{et 37 eV avec 200 supraconfigurations.}

Milieu : composantes de l’opacité lié-lié hybride comparées avec l’opacité statistique. Bas : intensité totale des faisceaux ayant tel nombre de raies.

1000 1200 1400 1600 1800 2000 Énergie (eV) 103 104 Opacité (cm²/g) Lié-libre et libre-libre Contribution statistique à l'opacité hybride Opacité hybride totale Opacité 100 % statistique

FIGURE6.2 – Spectre en opacité du germanium à 43 eV et 25 mg/cm3, avec 200 000 raies par

faisceau. 1200 1300 1400 1500 1600 1700 Énergie (eV) 102 103 104 Opacité (cm²/g) Contribution détaillée Contribution statistique Lié-lié total

FIGURE6.3 – Comparaison des contibutions détaillée et statistique à l’opacité dans les mêmes

d’un électron dans une couche ouverte augmente bien moins la dégénérescence de la configuration d’arrivée.