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Etude du transport de nanoparticules dans un plasma soumis

publié le

Directrice de thèse : Cécile Arnas
Tel : 04 91 28 83 18
Co-encadrant : Lénaic Couëdel

Il s’agit d’étudier expérimentalement le transport de particules nanométriques dans un plasma magnétisé, vers une cible segmentée. Cette étude à caractère fondamental servira de base à la problématique du transport de « poussières » vers les parois métalliques structurées des tokamaks.
Les plasmas seront produits par décharge entre deux électrodes planes, parallèles. La cathode sera munie d’aimants permanents qui permettront d’avoir des lignes de champ magnétique à la fois ouvertes et fermées sur l’anode. Cette dernière pourra être segmentée pour une étude des flux d’ions et d’électrons magnétisés, en fonction de la position.
Dans un premier temps, les nanoparticules seront synthétisées dans le plasma à partir de la pulvérisation (bombardement) de la cathode par des ions énergétiques. A tout instant le transport (position, vitesse) de ces nanoparticules, de la cathode vers l’anode sera établi par deux diagnostics optiques : i) par diffusion d’une nappe laser dans l’approximation de Rayleigh1 et ii) par spectrométrie d’extinction lumineuse ; ce diagnostic permettra également d’établir leur taille et concentration2.
L’étude du transport des nanoparticules dans le plasma sera suivie par l’étude de la géométrie de leur « dépôt » sur l’anode. Ces dépôts vont dépendre des forces, électrique et d’entrainement ionique, appliquées aux nanoparticules ainsi que de la gravité et du gradient de température qui s’établira dans le gaz de décharge. Les forces seront établies en fonction de la taille des nanoparticules, de la position sur l’anode et pour plusieurs configurations du champ magnétique.
Pour établir la contribution des forces de nature électrique, proportionnelles aux flux d’ions et d’électrons, des sondes électrostatiques isolées les unes des autres seront incorporées à l’anode (cible segmentée). Le diagnostic de spectroscopie d’émission permettra d’établir les gradients de température du gaz de décharge.
Références bibliographiques :
1 L. Couëdel, Kishor Kumar K. and C. Arnas, Detrapping of tungsten nanoparticles in a direct-current argon glow discharge, Phys. of Plasmas 21, 123703 (2014)
2 S. Barbosa, L. Couëdel, C. Arnas, K. Kalathiparambil, C. Pardanaud, F. Onofri, In-situ characterisation of the dynamics of a growing dust particle cloud, J. Phys. D : Appl. Phys. 49, 045203 (2016)