Simulations numériques de plasmas basse pression PDF Download
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Author: Albert Meige Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 152
Book Description
Un modèle particle-in-cell / Monte Carlo collisions (pic/mcc) unidimensionnel est utilsé pour simuler un plasma inductif. Un champ électrique radiofréquence (rf) est utilisé pour modéliser le chauffage inductif. L’amplitude du champ est non-uniforme et sa direction perpendiculaire à celle du déplacement des électrons. Ce modèle de plasma inductif permet de confirmer de récents résultats expérimentaux démontrant la possibilité de former des doubles couches électriques au sein de plasmas sans courant. Les doubles couches étudiées par le passé, aussi bien numériquement qu’expérimentalement, ont toujours été imposées par différence de potentiel ou en forçant un courant électrique dans le plasma. C’est en ce sens que les résultats présentés ici diffèrent de ceux précédemment reportés. La simulation prédit la formation d’un faisceau d’ions supersoniques résultant des ions accélèrés par le saut de potentiel de la double couche. L’existence de ce faisceau d’ions supersoniques est confirmée par fluorescence induite par laser (nonperturbative laser-induced fluorescence). La simulation montre aussi qu’à basse pression, lorsque le libre parcours moyen des électrons est du même ordre de grandeur ou plus grand que le système, la fonction de distribution en énergie des électrons (eedf) est quasi-Maxwellienne, à l’exception de sa queue, dépeuplée pour des énergies supérieures au potentiel plasma. Ce dépeuplement est principalement dû à la perte aux parois des électrons les plus rapides. Un nouveau schéma de simulation hybride (ions particulaires et électrons particulaires et Boltzmann), permettant de simuler des plasmas hautes pressions et hautes densités, en des temps de calculs relativement faibles, est proposé. Les résultats obtenus avec ce modèle hybride “amélioré” sont bien plus proches de ceux d’une simulation pic, que le sont ceux d’une simulation hybride classique. Ce modèle est appliqué à la simulation de décharges électronégatives et confirme des résultats expérimentaux démontrant la possibilité de formation de doubles couches propagatives. En particulier, les paramètres critiques contrôllant cette formation dans la simulation corroborent ceux de l’expérience.
Author: Albert Meige Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 152
Book Description
Un modèle particle-in-cell / Monte Carlo collisions (pic/mcc) unidimensionnel est utilsé pour simuler un plasma inductif. Un champ électrique radiofréquence (rf) est utilisé pour modéliser le chauffage inductif. L’amplitude du champ est non-uniforme et sa direction perpendiculaire à celle du déplacement des électrons. Ce modèle de plasma inductif permet de confirmer de récents résultats expérimentaux démontrant la possibilité de former des doubles couches électriques au sein de plasmas sans courant. Les doubles couches étudiées par le passé, aussi bien numériquement qu’expérimentalement, ont toujours été imposées par différence de potentiel ou en forçant un courant électrique dans le plasma. C’est en ce sens que les résultats présentés ici diffèrent de ceux précédemment reportés. La simulation prédit la formation d’un faisceau d’ions supersoniques résultant des ions accélèrés par le saut de potentiel de la double couche. L’existence de ce faisceau d’ions supersoniques est confirmée par fluorescence induite par laser (nonperturbative laser-induced fluorescence). La simulation montre aussi qu’à basse pression, lorsque le libre parcours moyen des électrons est du même ordre de grandeur ou plus grand que le système, la fonction de distribution en énergie des électrons (eedf) est quasi-Maxwellienne, à l’exception de sa queue, dépeuplée pour des énergies supérieures au potentiel plasma. Ce dépeuplement est principalement dû à la perte aux parois des électrons les plus rapides. Un nouveau schéma de simulation hybride (ions particulaires et électrons particulaires et Boltzmann), permettant de simuler des plasmas hautes pressions et hautes densités, en des temps de calculs relativement faibles, est proposé. Les résultats obtenus avec ce modèle hybride “amélioré” sont bien plus proches de ceux d’une simulation pic, que le sont ceux d’une simulation hybride classique. Ce modèle est appliqué à la simulation de décharges électronégatives et confirme des résultats expérimentaux démontrant la possibilité de formation de doubles couches propagatives. En particulier, les paramètres critiques contrôllant cette formation dans la simulation corroborent ceux de l’expérience.
Author: ZAKIA.. EL KANZARI Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 191
Book Description
LA PRESENTE ETUDE EST CONSACREE A LA MODELISATION ET A LA SIMULATION NUMERIQUE DES PLASMAS D'ARGON ET D'OXYGENE DEPUIS LEUR CREATION PAR UNE SOURCE PLASMA HELICON JUSQU'A LEUR ARRIVEE A L'EXTREMITE DE LA CHAMBRE DE DIFFUSION CONTENANT LE SUBSTRAT A TRAITER. LE BUT DE CE TRAVAIL EST DE CONTRIBUER A UNE MEILLEURE COMPREHENSION ET A UNE OPTIMISATION DES PROCESSUS DE DEPOT DE COUCHES MINCES DE SILICE AMORPHE SUR UN SUBSTRAT DE SILICIUM. L'ETUDE DES PROCESSUS DE DISSOCIATION ET D'IONISATION DANS LA SOURCE HELICON EST REALISEE A L'AIDE D'UN MODELE CINETIQUE SANS DIMENSION (OD) QUI DETERMINE LES CONCENTRATIONS DES PARTICULES CHARGEES ARRIVANT DANS LA CHAMBRE DE DIFFUSION. CE MODELE MONTRE NOTAMMENT QUE L'OXYGENE MOLECULAIRE SE DISSOCIE TRES FORTEMENT DANS LA SOURCE PLASMA. L'ETUDE DU COMPORTEMENT ELECTRIQUE DU PLASMA DANS LA CHAMBRE DE DIFFUSION EST REALISEE, POUR LA PREMIERE FOIS DANS LA LITTERATURE DANS LE CAS D'UN PLASMA HELICON, A L'AIDE D'UN MODELE PIC-MCC (PARTICLE-IN-CELL MONTE CARLO COLLISION) OPTIMISE ET BIEN ADAPTE AUX PLASMAS BASSE PRESSION FAIBLEMENT COLLISSIONNELS. LE MODELE PIC-MCC A ETE VALIDE EN UTILISANT DES MESURES EXPERIMENTALES OBTENUES AU LABORATOIRE. CE CODE PIC-MCC FOURNIT LES GRANDEURS CARACTERISTIQUES DU PLASMA (POTENTIEL, DENSITE DE CHARGE, FONCTIONS DE DISTRIBUTION DE L'ENERGIE DES ELECTRONS ET DES IONS, ETC.) EN FONCTION DES PARAMETRES D'ENTREE (PRESSION DU GAZ, TEMPERATURE ELECTRONIQUE INITIALE, CHAMP MAGNETIQUE, POLARISATION DU SUBSTRAT, ETC.). L'ETUDE PARAMETRIQUE MONTRE NOTAMMENT QUE LES DENSITES DE PLASMA LES PLUS ELEVEES SONT OBTENUES DANS LA PARTIE SUPERIEURE DE LA CHAMBRE DE DIFFUSION POUR DES TEMPERATURES ELECTRONIQUES VOISINES DE 6 EV ET UNE PRESSION PROCHE DE 1MTORR. CETTE ETUDE A EGALEMENT MONTRE QUE L'ADDITION D'UN CHAMP MAGNETIQUE AUTOUR DE LA CHAMBRE DE DIFFUSION EN PLUS DE CELUI APPLIQUE A LA SOURCE, PERMET UN MEILLEUR CONFINEMENT ET UNE PLUS GRANDE HOMOGENEITE DU PLASMA
Author: SAGUET Pierre Publisher: Lavoisier ISBN: 274628121X Category : Languages : en Pages : 178
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La méthode TLM (Transmission Line Matrix) permet de résoudre un problème d'électromagnétisme et d'analyser le comportement de certains milieux. Il s'agit d'un outil performant qui bénéficie d'un développement important. Sa capacité à simuler avec précision des situations variées incluant des matériaux complexes est démontrée. Cet ouvrage en expose les bases théoriques et les principaux développements. La méthode historique en deux et trois dimensions et les dernières évolutions y sont détaillées pour aboutir aux noeuds sophistiqués les plus utilisés. Les simulations des milieux fermés et ouverts sont traitées et en particulier les frontières absorbantes (PML) pour les milieux ouverts. L'introduction d'éléments passifs ou actifs, la simulation de fils minces, la simulation des milieux dispersifs comme les plasmas ou les ferrites par l'utilisation de la transformée en Z sont étudiées.
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Un gaz ionisé (ou plasma) présente la propriété d'absorber ou de réfléchir les ondes électromagnétiques radar, si son taux d'ionisation est suffisant. Cette propriété suscite un intérêt particulier pour des applications dans le domaine de l'aéronautique. L'objectif de cette thèse est de pouvoir prédire les caractéristiques (électriques et énergétique) d'un plasma d'air faiblement ionisé dans un écoulement à pression atmosphérique. La description du plasma repose sur un modèle à deux températures, inspiré des modèles hors- équilibre thermique. L'écoulement du plasma est alors décrit par un système d'équations de l'hydrodynamique à deux températures couplé à un modèle collisionnel (description des échanges énergétiques) et à la cinétique chimique (réactions chimiques). Nous avons mis en œuvre un algorithme pour simuler le plasma en écoulement axisymétrique. Il s'agit d'un schéma numérique bidimensionnel de type Lagrange + Projection dont la phase de projection est un schéma d'ordre 2, adapté au transport multi- espèces. Cet algorithme nous permet de simuler des expérimentations sur l'écoulement d'un plasma atmosphérique pour valider les paramètres du modèle. Dans une deuxième partie, nous étudions la méthode des couches absorbantes parfaitement adaptées (PML) qui constitue une condition de bord pour la simulation en milieu ouvert. Son efficacité étant reconnue pour les problèmes de propagation d'onde électromagnétique, nous nous penchons sur un moyen d'adapter cette méthode de l'aéroacoustique (équations d'Euler linéarisées). Pour cela nous présentons deux approches : une méthode simple visant à éviter les oscillations numériques, et une approche plus générale où nous définissons une nouvelle formulation de couches absorbantes qui mène à des problèmes bien posés.
Author: Bernard Saramito Publisher: Elsevier Masson ISBN: 9782225844843 Category : Bifurcation Languages : fr Pages : 258
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Ce livre étudie mathématiquement et numériquement certains des principaux types d'instabilité de l'état d'équilibre d'un plasma décrit par les équations de la magnétohydrodynamique (MHD), c'est-à-dire lorsque l'on considère le plasma comme un fluide compressible en interaction avec un champ magnétique. D'un point de vue physique, la stabilité linéarisée d'un état d'équilibre est assez bien connue. Cependant, le temps pendant lequel le plasma doit rester confiné à l'intérieur de la machine est assez grand, surtout dans les nouveaux tokamaks; il faut donc étudier le comportement non linéaire des perturbations de l'équilibre, et parfois le comportement asymptotique de ces solutions pour des temps très grands. Pour ce faire, on s'intéresse à deux types d'instabilités : la convection engendrée par le gradient de la pression de l'état d'équilibre et le déchirement des surfaces magnétiques créé par le gradient de la densité de courant à l'équilibre. On procède à l'étude numérique de ces instabilités en construisant deux modèles bidimensionnels pour chacune d'elles (code en éléments finis, méthodes spectrales). Si le problème de l'instabilité "tearing" peut être considéré comme un problème incompressible, il n'en est pas de même de la convection, la compressibilité du plasma comportant une difficulté mathématique non négligeable. Certains résultats exposés concernent donc un problème modèle de fluide compressible en stationnaire (existence globale de solutions, existence locale et unicité de solutions régulières à l'aide de techniques de type Nash-Moser). Par ailleurs, le cadre mathématique adapté à l'étude de la stabilité d'un état d'équilibre est celui de la théorie des bifurcations. Sont d'abord obtenues des branches de solutions stationnaires bifurquant à partir de l'équilibre avec une justification mathématique à l'aide d'opérations compactes pour chaque instabilité (localement pour la convection). Sous certaines hypothèses, le problème de la convection d'un plasma est approché par celui de la convection de Bénard pour un fluide incompressible. L'étude de la transition vers la turbulence à l'aide de bifurcations successives n'est alors entreprise que sur ce problème approché, pour lequel on obtient des résultats concernant le comportement asymptotique des solutions. Les résultats relatifs à l'instabilité de déchirement des surfaces magnétiques sont ensuite présentés. Tous les résultats mathématiques sont présentés dans un cadre général. Certains sont valables en dimension 2 ou 3, d'autres ne concernent que la dimension 2. Leur application à l'étude des deux types d'instabilité permet une interprétation théorique de divers phénomènes physiques. Certaines analogies avec des problèmes fluides sont développées et de nouveaux résultats sont exposés.
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DANS CE TRAVAIL NOUS AVONS PRESENTE UNE APPROCHE RELATIVE A LA MODELISATION DU TRANSFERT D'ENERGIE ENTRE DES PLASMAS BASSE PRESSION D'AZOTE OU D'OXYGENE ET UNE SURFACE METALLIQUE. LE MODELE PROPOSE EST APPLICABLE DANS LE CAS DE PLASMAS BASSE PRESSION DONT LES CONDITIONS DE DECHARGES SONT TELLES QUE LA PRESSION EST COMPRISE ENTRE 1 ET 10 MBAR, LA TEMPERATURE CINETIQUE DES ELECTRONS INFERIEURE A 21000 K, LA TEMPERATURE CINETIQUE DES LOURDS COMPRISE ENTRE 300 K ET 1200 K, ET LE TAUX D'IONISATION INFERIEUR A 10##4. LE MODELE PROPOSE S'APPUIE SUR UNE DESCRIPTION DE L'ECOULEMENT PLASMA D'UN POINT DE VUE THERMOCHIMIQUE ET AERODYNAMIQUE D'UNE PART ET SUR UNE DESCRIPTION DES INTERACTIONS ET DU TRANSFERT D'ENERGIE ENTRE LES ESPECES DU PLASMA ET UNE SURFACE D'AUTRE PART. LA PREMIERE PHASE DE CE TRAVAIL A CONSISTE A EFFECTUER UNE ETUDE DE LA CINETIQUE CHIMIQUE CARACTERISANT LES ECOULEMENTS PLASMAS ETUDIES. NOUS AVONS ENSUITE EFFECTUE UNE ETUDE DES INTERACTIONS PLASMA-SURFACE QUI NOUS A PERMIS DE QUANTIFIER LES TRANSFERTS D'ENERGIE ENTRE LES ESPECES DU PLASMA ET LA SURFACE. LA RESOLUTION DES EQUATIONS DE CONSERVATION ASSORTIES DES CONDITIONS AUX LIMITES DEFINIES PAR LE MODELE D'INTERACTION PLASMA-SURFACE, NOUS A PERMIS DE SIMULER UN REACTEUR TUBULAIRE PLASMA BASSE PRESSION D'AZOTE ET D'OXYGENE CONTENANT UN ECHANTILLON DE TUNGSTENE EN POINT D'ARRET. UNE VALIDATION DU MODELE A ETE EFFECTUEE DANS LE CAS D'UN PLASMA D'AZOTE A PARTIR D'UNE MESURE DES TEMPERATURES PAR SPECTROSCOPIE D'EMISSION. LES RESULTATS OBTENUS ONT MONTRE L'IMPORTANCE DU POIDS DE LA RECOMBINAISON CATALYTIQUE DES ATOMES DANS LA CINETIQUE D'ECHAUFFEMENT DE LA SURFACE. CELA NOUS A AMENE A METTRE EN UVRE UNE METHODE EXPERIMENTALE DE DETERMINATION DES COEFFICIENTS DE RECOMBINAISON D'ATOMES SUR DES SURFACES PEU CATALYTIQUES. CETTE METHODE A ETE APPLIQUEE AU CAS DU SYSTEME O/SIO#2
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Les sources de plasma froid utilisant un champ magnétique se retrouvent dans de nombreuses applications telles que la propulsion spatiale, les procédés pour la microélectronique ou les sources d'ions. Ces sources suscitent un intérêt croissant mais se heurtent à de nombreuses interrogations concernant les effets induits par le champ magnétique. Le but de cette étude est de fournir des données expérimentales sur le transport de particules chargées à travers le champ magnétique dans une configuration similaire au filtre magnétique de la source d'ions négatifs du futur réacteur de fusion nucléaire, ITER. Dans le cadre de cette thèse un dispositif expérimental dédié à l'étude du transport dans les plasmas froids magnétisés a été réalisé. Une sonde de mesure de courant à la paroi a spécialement été développée pour la caractérisation expérimentale du courant électronique et ionique à la paroi. Cette technique permet d'obtenir une résolution spatiale et temporelle des flux d'ions et d'électrons arrivant à la surface de l'enceinte sans perturbation du plasma. Ces mesures sont accompagnées d'une caractérisation en volume du plasma par sonde de Langmuir. L'ensemble des données expérimentales a permis la validation d'un modèle numérique fluide 2D. Les résultats expérimentaux et de simulation ont mis en évidence qu'à basse pression, l'obstruction de la dérive magnétique par les parois de l'enceinte induit un passage asymétrique des électrons à travers le filtre magnétique suivant une loi d'échelle en 1/B, l'inverse du champ magnétique.
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LES TRAVAUX PRESENTES CONCERNENT UN MOYEN DE DIAGNOSTIC DES PLASMAS BASE SUR L'ETUDE DES PROFILS DE RAIES D'EMISSION. LES PARTICULES CHARGEES, PRESENTES DANS LE PLASMA, CREENT DES CHAMPS ELECTRIQUES QUI MODIFIENT LA STRUCTURE ATOMIQUE DE L'EMETTEUR ET, PAR CONSEQUENT, L'ALLULE DES PROFILS SPECTRAUX. DES MESURES FAITES SUR CES PROFILS PEUVENT REPRESENTER, DE CE FAIT, UN MOYEN DE DIAGNOSTIC DES CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DU PLASMA. L'INTERPRETATION DES MESURES FAITES PAR SPECTROSCOPIE DEPEND FORTEMENT DE LA VALIDITE DES MODELES THEORIQUES. IL EST DONC NECESSAIRE, AFIN D'AVOIR UN DIAGNOSTIC FIABLE, DE SE DONNER UN MODELE LE PLUS REALISTE POSSIBLE. ON UTILISE UN MODELE DE SIMULATION NUMERIQUE AVEC DES TEMPS DE CALCUL RAISONNABLES. ON TIENT COMPTE DES EFFETS DE DYNAMIQUE DES IONS ET ON UTILISE UNE APPROXIMATION D'IMPACT POUR LES ELECTRONS. LES MODELES ET LES METHODES DE CALCUL SONT TESTES PAR DES COMPARAISONS AVEC DES PROFILS D'EMISSION OBTENUS EN LABORATOIRE POUR DES CONDITIONS DE PLASMAS DETERMINEES. LES ETUDES COMPARATIVES MENEES SUR LA RAIE 4471 ANGSTROM DE L'HELIUM, ETUDIEE DE LONGUE DATE, DEMONTRENT QUE LA METHODE DE SIMULATION CONDUIT A UN TRES BON ACCORD AVEC LES PROFILS EXPERIMENTAUX. LA METHODE, AINSI TESTEE, EST ENSUITE UTILISEE POUR CALCULER LE PROFIL DU DOUBLET DE STRUCTURE FINE DE LA RAIE LYMAN-ALPHA, EMISE PAR DES IONS HYDROGENOIDES, DANS DES CONDITIONS DE DENSITE ET TEMPERATURE POUR LESQUELLES LES COMPARAISONS AVEC L'EXPERIENCE SONT TRES DIFFICILES A METTRE EN UVRE
Author: Albert Meige
Author: Albert Meige
Author: ZAKIA.. EL KANZARI
Author: SAGUET Pierre
Author: Philippe Lotte (auteur d'une thèse de sciences.)
Author: Jérôme Métral
Author: Bernard Saramito
Author: 
Author: KHALED.. HASSOUNI
Author: Romain Baude
Author: Annette Calisti