Piégeage de poussières dans la gaine d'un plasma de décharge continue - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1999

Dust particle trapping in the sheath of a continuous discharge plasma

Piégeage de poussières dans la gaine d'un plasma de décharge continue

Résumé

Plasmas contaminated by dust particles (dusty plasmas) are a new field in plasma physics. They occur in natural state (astrophysics plasmas) or in industrial plasmas (micro-electronic). In this thesis, we analyze the behavior of dust particles in the sheath of a negatively biased electrode embedded in an argon plasma. The plasma is produced in a multipolar device, by a hot cathode discharge at low pressure (collisionless regime). The negative charge of an isolated dust particle is experimentally estimated measuring its levitation height (where the gravity force and the electric force produced by the electrode, are in equilibrium) or studying its resonant oscillation (natural or forced oscillation). For this study the potential profile of the sheath is measured with differential emissive probes. We check that this charge is of the same order than the one predicted by the OML theory. We estimate the dust particles influence on the ions dynamic in the sheath region, using the Laser Induced Fluorescence (LIF) diagnostic. We study a binary elastic collision which characteristics depend of the interacting potential between dust particles. This one can be modeled by a screened Coulombian potential and we give an estimation of the dust screening length. It is of the order of the electron Debye length. When the dust particles kinetic energy decreases, strong coupling appears between them and we observe the formation of hexagonal structures. A variational calculation shows that this order corresponds to the minimum energy of the system. We estimate the coupling parameter, ratio between the interaction energy and the kinetic energy.
Les plasmas contaminés par des poussières (plasmas poussiéreux) constituent une des nouvelles branches de la physique des plasmas. On les rencontre aussi bien à l'état naturel (plasmas astrophysiques) que dans les plasmas industriels (micro-électronique). Dans cette thèse, nous analysons le comportement de poussières dans la gaine d'une électrode polarisée négativement et plongée dans un plasma d'argon. Celui-ci est créé dans une enceinte multipolaire, par une décharge continue à cathode chaude, à basse pression (plasma non collisionnel). La charge négative d'une poussière isolée est estimée expérimentalement en mesurant sa hauteur de lévitation (lieu d'équilibre entre la force de gravité et la force électrique développée par l'électrode) ou en étudiant son oscillation résonante (oscillation naturelle ou forcée). Pour cela, le profil de potentiel de la gaine est mesuré avec des sondes différentielles. Nous vérifions que cette charge est du même ordre de grandeur que celle prédite par le modèle OML. Nous estimons l'influence des poussières sur la dynamique des ions dans la région de gaine avec le diagnostic de Fluorescence Induite par Laser (FIL). Nous étudions une collision binaire élastique dont les caractéristiques dépendent du potentiel d'interaction entre les poussières. Celui-ci peut être modélisé par un potentiel Coulombien écranté et nous donnons une estimation de la longueur d'écrantage appliquée aux poussières. Elle est du même ordre de grandeur que la longueur de Debye électronique. Lorsque l'énergie cinétique des poussières diminue, des couplages forts apparaissent entre les poussières et nous observons la formation de structures hexagonales. Un calcul variationnel montre qu'elles représentent l'état d'énergie minimum du système. Nous donnons une estimation du paramètre de couplage, rapport entre l'énergie d'interaction Coulombienne et l'énergie cinétique.
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Dates et versions

tel-00433818 , version 1 (20-11-2009)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00433818 , version 1

Citer

Maxime Mikikian. Piégeage de poussières dans la gaine d'un plasma de décharge continue. Physique [physics]. Université de Provence - Aix-Marseille I, 1999. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00433818⟩

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