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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.
- Figure 1
- Image d’émission optique obtenue expérimentalement à différents instants pendant la propagation de la décharge et l’interaction avec la cible diélectrique BSO, sous un pulse de 1 µs de longueur et -5 kV d’amplitude. La ligne en pointillé horizontale (distance=0) correspond à la fin du tube diélectrique. La cible est placée à 10 mm du bout du tube. On observe la propagation de l’onde d’ionisation vers la cible, l’allumage d’une seconde décharge sur la surface de la cible, et la reconnexion a lieu entre les deux décharges.
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.
- Figure 2
- Profils radiaux à différents instants de la composante axiale du champ électrique dans une cible diélectrique BSO (Ezav, lignes solides), obtenus par simulations et mesures, et de la densité de charge de surface simulée (σ, lignes en pointillé) sur la surface de la cible, pour les même conditions qu’en figure 1. t est l’instant de temps dans les expériences et ts est l’instant de temps dans les simulations. Ezav et σ positifs restent dans la cible entre les 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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