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Effet mémoire de charges de surface démontré dans l’interaction entre un jet plasma pulsé d’hélium et une cible

L’effet mémoire dû aux charges et espèces réactives restantes après une décharge sur les décharges suivantes, est souvent mentionné comme pouvant avoir une importance cruciale dans les décharges à barrière diélectrique (DBD) à pression atmosphérique. Les effets mémoire peuvent être présents en volume ou sur les surfaces diélectriques. Dans ce travail, un effet mémoire dû aux charges de surface est démontré et quantifié, en mesurant directement et en simulant la distribution spatiale de champ électrique dans une cible diélectrique impactée par des jets de plasma d’hélium à pression atmosphérique pulsés de différentes polarités. Le diagnostic et le modèle ont été développés au LPP, et ce travail a été fait en collaboration avec Masaryk University, République Tchèque, The University of Liverpool, Royaume Uni et Eindhoven University of Technology, Pays-Bas.

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Figure 1
Experimentally-obtained imaging of light emission at different instants during discharge propagation and interaction with a dielectric BSO target, for a pulse of 1 µs length and -5 kV amplitude. The horizontal dashed line (distance=0) corresponds to the end of the dielectric tube. The target is placed at a 10 mm distance. Besides the ionization wave propagating towards the target, a discharge is ignited on the target surface and a reconnection between the two discharges takes place.

L’effet mémoire étudié est dû à une quantité significative de charges de surface résiduelles et un champ électrique restant dans la cible entre les pulses de décharges (200 μs entre deux décharges). L’effet mémoire observé est plus important avec une polarité électrique négative. Dans ce cas, de manière contre-intuitive, la cible reste chargée positivement entre les pulses. Ce travail montre que ces charges résiduelles impactent directement la dynamique de la décharge suivante : en effet, une deuxième décharge s’amorce sur la cible lorsque l’onde d’ionisation initiée par le jet de plasma s’approche de la cible. La dynamique de chargement de la surface pendant les décharges et entre deux décharges est étudiée.

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Figure 2
Radial profiles at different instants of the axial component of electric field inside a dielectric BSO target (Ezav, solid lines) from simulations and measurements, and of the simulated surface charge density (σ, dashed lines) on the target surface, for the same pulse of applied voltage as in figure 1. t refers to the instant in time in experiments and ts to the instant in time in simulations. Positive Ezav and σ remain in the target in between pulses.

Contacts au LPP: Olivier Guaitella et Anne Bourdon – Plasmas froids

Source:
P. Viegas, E. Slikboer, Z. Bonaventura, E. Garcia-Caurel, O. Guaitella, A. Sobota and A. Bourdon
Quantification of surface charging memory effect in ionization wave dynamics
Scientific Reports 12, 1181 (2022)
https://doi.org/10.1038/s41598-022-04914-8

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