THEORETICAL AND EXPERIMENTAL STUDY OF A MICRO HOLLOW CATHODE DISCHARGE IN ARGON AT INTERMEDIATE PRESSSURE - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2010

THEORETICAL AND EXPERIMENTAL STUDY OF A MICRO HOLLOW CATHODE DISCHARGE IN ARGON AT INTERMEDIATE PRESSSURE

ETUDE THEORIQUE ET EXPERIMENTALE D'UNE MICRO DECHARGE A CATHODE CREUSE A PRESSION INTERMEDIAIRE DANS L'ARGON

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Claudia Lazzaroni

Abstract

Microplasmas are confined discharges on small spatial scales (typically several hundreds of micrometers) that offer a high stability for power densities of about 100 kW/cm3. The study of this kind of discharges began to develop in the middle of the 90s before undergoing an important expansion thanks to the experimental and theoretical works that have been performed in the past few years. Their interest lies in the fact that they can be generated at medium and high pressure with a very low applied voltage or injected power and because of possible applications in various fields such as surface treatment, light sources or spatial micro-propulsion. Microhollow cathode discharges (MHCD) are one type of microplasmas in which a several hundred micrometers diameter hole is drilled through an electrode-dielectric-electrode sandwich structure. In our device, we use a molybdenum-alumina-molybdenum sandwich in argon. On an experimental point a view, imaging and emission spectroscopy have been used to determine the light emission mechanisms, the discharge structure, the gas temperature and the electronic density. On a theoretical point of view, we have developed semi-analytical models. The results gave us scale laws and macroscopic behaviours and allowed us to verify the experimental interpretations. Despite the high amount of hypothesis and approximations in the different developed models, the comparison between theoretical and experimental results has allowed us to understand a part of the physics involved in the MHCD.
Les microplasmas correspondent à des décharges confinées sur de faibles échelles spatiales (typiquement quelques 100 µm) offrant ainsi une grande stabilité pour des densités de puissance de l'ordre de 100 kW/cm3. L'étude de ces décharges s'est fortement développée à partir du début des années 2000 tant sur le plan théorique qu'expérimental. Leur intérêt réside dans la possibilité de générer des plasmas à moyenne et haute pression avec de faibles tensions et dans les nombreuses applications potentielles telle que le traitement de surface, les sources de lumière ou bien encore la micro-propulsion spatiale. Les microdécharges à cathode creuse (MHCD) constituent une configuration particulière de microplasmas. La décharge est générée dans l'argon en appliquant une différence de potentiels entre les deux électrodes qui sont assemblées sous forme d'un sandwich électrode-diélectrique-électrode percé sur toute la longueur par un trou de quelques centaines de micromètres. D'un point de vue expérimental, une étude par imagerie et spectroscopie d'émission nous a permis de déterminer les mécanismes d'émission de la lumière, la structure de la décharge, la température du gaz ainsi que la densité électronique. D'un point de vue théorique, nous avons développé des modèles semi-analytiques permettant d'obtenir des lois d'échelle et des comportements macroscopiques, et de vérifier ainsi les interprétations expérimentales. Malgré le nombre important d'hypothèses et d'approximations sur lesquelles reposent les différents modèles développés, la comparaison entre résultats théoriques et expérimentaux nous a permis de capter une partie de la physique impliquée au sein des MHCD.
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Dates and versions

pastel-00552043 , version 1 (05-01-2011)

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  • HAL Id : pastel-00552043 , version 1

Cite

Claudia Lazzaroni. ETUDE THEORIQUE ET EXPERIMENTALE D'UNE MICRO DECHARGE A CATHODE CREUSE A PRESSION INTERMEDIAIRE DANS L'ARGON. Physique des plasmas [physics.plasm-ph]. Ecole Polytechnique X, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00552043⟩
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