ETUDE D'UN PLASMA A HAUTE ET BASSE PRESSION PRODUIT DANS UN MELANGE HE-N PDF Download
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Author: S. DOUGLAS.. MARCUM Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 318
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ETUDE DU TRANSFERT D'ENERGIE PAR LE PROCEDE DES COLLISIONS RADIATIVES, D'ATOMES D'HELIUM METASTABLE VERS LES MOLECULES D'AZOTE A L'ETAT FONDAMENTAL DANS LA POST-DECHARGE D'UN PLASMA HELIUM-AZOTE. LES TECHNIQUES EMPLOYEES CONSISTENT EN L'ANALYSE DES EMISSIONS SPONTANEES SUIVANTES: HE(2**(3)S)+N::(2)(X, V=0)->HE(1**(1)S)+(N::(2)**(R)(B, V'=4,5)->N::(2)**(R)(X, V'')+OMEGA ), OU R INDIQUE LES ETATS DE RYDBERG DE L'AZOTE HAUTEMENT EXCITES. COMME LES ETATS DE RYDBERG LES PLUS BAS SONT AUTOIONISABLES, L'EFFET TOTAL DE LA COLLISION RADIATIVE EST IDENTIQUE A CELUI DE L'IONISATION PENNING OU LES ETATS DE RYDBERG SONT DES ETATS INTERMEDIAIRES. LES RESULTATS APPORTENT UN SUPPORT DE VALIDITE AU MODELE D'UN AMPLIFICATEUR LASER SUR DES COLLISIONS RADIATIVES.
Author: S. DOUGLAS.. MARCUM Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 318
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ETUDE DU TRANSFERT D'ENERGIE PAR LE PROCEDE DES COLLISIONS RADIATIVES, D'ATOMES D'HELIUM METASTABLE VERS LES MOLECULES D'AZOTE A L'ETAT FONDAMENTAL DANS LA POST-DECHARGE D'UN PLASMA HELIUM-AZOTE. LES TECHNIQUES EMPLOYEES CONSISTENT EN L'ANALYSE DES EMISSIONS SPONTANEES SUIVANTES: HE(2**(3)S)+N::(2)(X, V=0)->HE(1**(1)S)+(N::(2)**(R)(B, V'=4,5)->N::(2)**(R)(X, V'')+OMEGA ), OU R INDIQUE LES ETATS DE RYDBERG DE L'AZOTE HAUTEMENT EXCITES. COMME LES ETATS DE RYDBERG LES PLUS BAS SONT AUTOIONISABLES, L'EFFET TOTAL DE LA COLLISION RADIATIVE EST IDENTIQUE A CELUI DE L'IONISATION PENNING OU LES ETATS DE RYDBERG SONT DES ETATS INTERMEDIAIRES. LES RESULTATS APPORTENT UN SUPPORT DE VALIDITE AU MODELE D'UN AMPLIFICATEUR LASER SUR DES COLLISIONS RADIATIVES.
Author: Georges Al Makdessi Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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Les plasmas poudreux sont des plasmas qui contiennent des particules solides de taille nano- ou même micrométrique. Ils sont répandus dans l'environnement cosmique et jouent le rôle de précurseurs dans la formation des planètes et des étoiles. Ce type de plasma est également utilisé dans les laboratoires pour la synthèse des nanocomposites possédant de vastes applications dans le monde technologique et médical. Tandis qu'un grand effort scientifique a été investi dans l'étude et le contrôle de ce type de plasmas, les mécanismes initiaux de formation des poudres (i.e. avant qu'elles atteignent quelques dizaines de nanomètres) demeurent très peu connus. On sait toutefois que des réactions physico-chimiques sont à l'origine de précurseurs des poudres qui déclenchent la nucléation. Ce travail contribue en premier lieu à accroître les connaissances fondamentales dans le domaine des plasmas poudreux en général. Il s'agit en particulier de comprendre la physico-chimie des plasmas de haute fréquence de très basse pression soumis à un confinement magnétique dans des gaz chimiquement réactifs. Plus spécifiquement, l'objectif de ce travail est d'examiner la cinétique des précurseurs produits dans le plasma afin de comprendre les mécanismes de formation de nanoparticules en volume et le contrôle de leurs caractéristiques dans des mélanges d'Ar/C2H2 de très basse pression confinés magnétiquement. Cet apport a des retombées directes en science et applications des plasmas. Parmi les applications directement visées par cette recherche, notons la synthèse de nanomatériaux composites à base de carbone pour leur intégration dans les cellules solaires et les biomatériaux. En examinant les caractéristiques du plasma (température et densité du plasma, densité des cations et des anions) et en les corrélant à celles des particules de poudre, on constate que le champ magnétique modifie le processus de la formation des particules poudreuses dans la décharge à très basse pression. Plus précisément, il favorise la nucléation des nanoparticules de carbone à travers plusieurs voies impliquant les anions et les cations. Ces nanoparticules comprennent deux phases différentes, une couche de carbone amorphe et un noyau poreux formé d'un agrégat de grains eux-mêmes constitués de nanocristaux de graphite revêtus d'une couche amorphe. On constate que le rayon moyen des particules de poudre augmente avec le champ magnétique, ce qui est lié à l'amélioration de leur temps de résidence dans le volume du plasma.
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Ce travail de thèse porte sur la synthèse et la caractérisation de poudres dans les plasmas radiofréquence basse pression de méthane et méthane-azote. Nous avons étudié le rôle du pourcentage d’azote dans le mélange gazeux sur la formation et la structure chimique des particules carbonées. Nous avons analysé l’influence du comportement des particules sur les caractéristiques électriques du plasma. Alors que l’incorporation d’une faible quantité d’azote au sein d’un plasma de méthane retarde la formation des particules sans modifier leur comportement au sein de la décharge, une plus grande incorporation d’azote ([N2]>30%) favorise la création des particules, modifie leur comportement au sein de la décharge et conduit à un phénomène de multi-génération pour les plasmas les plus riches en azote ([N2]>70%). Pour un mélange gazeux particulier de 30%CH4/70%N2, nous avons aussi mis en évidence la présence d’instabilités macroscopiques correspondant à un phénomène d’interactions électrostatiques entre les nuages de particules en limite de gaine cathodique et anodique. Les phénomènes de multi-générations et d’instabilités ont été corrélés avec les variations des caractéristiques électriques du plasma. Différentes techniques d’analyses (MEB, FTIR, XPS, EDAX) sont utilisées pour mettre en évidence les modifications de la taille, de la morphologie et de la composition chimique des particules. Ces analyses nous ont permis de mettre en évidence l’émergence de liaisons azotées CN (simples, doubles et triples) et NH. Pour des mélanges 10%CH4/90%N2 nous avons mesuré un rapport N/C proche de 0,5. Cette forte incorporation d’azote entraîne une graphitisation de la structure des particules.
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Le sujet de cette thèse porte à la fois sur le transfert de l'énergie miroonde à un plasma et sur la modélisation de la décharge. Le chapitre I montre que le problème du maintien d'une décharge par une onde nécessite autant une étude approfondie de la propagation d'onde dans milieu limité (sujet du chapitre II), qu'une bonne compréhension de la décharge (sujet du chapitre II). Le chapitre II débute par une étude précise de la description diélectrique d'un plasma et de son interprétation physique. La suite détaille la résolution de l'équation de dispersion des différents modes pouvant se propager dans une structure à symétrie cylindrique, de la façon la plus générale possible. Le chapitre III présente les équations décrivant la décharge (fonction de distribution électronique et modèle radial de diffusion). Les caractéristiques de son maintien et les paramètres importants dont elles dépendent sont mis en évidence. Ces différents aspects théroiques sont utilisé au chaptire IV pour réalier un synthèe de résultats expérimentaux de décharges basse pression (argon, hélium, oxygène entre 0.1 et 10 torr) crées par une onde de surface (mode plasma à symétrie azimutale, de fréquence 210 à 2450 MHz).
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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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CE TRAVAIL PORTE SUR L'ETUDE DU PLASMA SOURCE D'UN REACTEUR TYPE HELICON POUVANT ETRE UTILISE POUR LA GRAVURE DES SEMICONDUCTEURS. NOUS UTILISONS UN MELANGE AR-HE-F#2 A DES PRESSIONS VARIANT ENTRE 4 ET 20 MTORR AVEC DES CONDITIONS DE MELANGE VARIABLES. L'INTERFEROMETRIE MICROONDE (68 HGZ) A ETE UTILISEE POUR MESURER LA DENSITE ELECTRONIQUE DONT LES VALEURS VONT DE 0.4 A 2 10#1#2 CM#-#3 SELON LES CONDITIONS DE PRESSION ET DE PUISSANCE RF. EN SE BASANT SUR LA MESURE DE L'INTENSITE DES RAIES SPECTRALES DE L'HELIUM, NOUS AVONS ETABLI UN MODELE COLLISIONNEL RADIATIF DE LA DECHARGE. IL NOUS A PERMIS DE CARACTERISER LA FONCTION DE DISTRIBUTION EN ENERGIE DES ELECTRONS (FDEE). UN MODELE A DEUX TEMPERATURES A ETE CHOISI POUR DECRIRE CETTE FDEE. LA VARIATION DE CES TEMPERATURES EN FONCTION DES CONDITIONS DE DECHARGE EST PRESENTEE. LA TEMPERATURE DU GAZ, TROUVEE DE L'ORDRE DE 850K, A ETE MESUREE PAR ABSORPTION LASER QUI A PERMIS EGALEMENT DE MESURER LA DENSITE DES NIVEAUX 4S D'ARGON ET DE VALIDER LA TECHNIQUE D'AUTO-ABSORPTION. LA CINETIQUE DES RAIES DE FLUOR A ETE ETUDIEE ET A PERMIS D'OBTENIR POUR LA PREMIERE FOIS LES COEFFICIENTS D'EXCITATION ELECTRONIQUES DU FLUOR. CES DONNEES AINSI QUE LA MISE EN EVIDENCE DES VOIES DE POPULATION DES ETATS EXCITES D'ARGON ET D'HELIUM MONTRENT LES LIMITES D'APPLICABILITE DE L'ACTINOMETRIE. UNE APPROCHE THEORIQUE EST PRESENTEE POUR MONTRER L'IMPORTANCE DES DIFFERENTS PROCESSUS RESPONSABLES DE L'ENTRETIEN DE LA DECHARGE ET DU DEPOT D'ENERGIE
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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
Author: S. DOUGLAS.. MARCUM
Author: S. DOUGLAS.. MARCUM
Author: Georges Al Makdessi
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