Recherche:Étude de l'allumage apériodique d'un plasma microonde d'oxygène

Étude de l'allumage apériodique d'un plasma microonde d'oxygène

Travaux de recherche en physique

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Recherche de niveau 16.

On considère un plasma froid d'oxygène généré dans un tube en alumine par un générateur microonde 2 450 MHz.

Suivant les conditions expérimentales on peut obtenir soit

• un plasma stable
• un allumage apériodique du plasma
• pas d'allumage du plasma.

Un plasma peut être plus ou moins loin de l'état d'équilibre et on observe ainsi des instabilités. Ces instabilités sont alimentées par le réservoir d'énergie libre défini par l'écart à l'équilibre thermodynamique.

Montage expérimental

Un générateur transmet une puissance microonde 2 450 MHz à une cavité où se trouve un tube en alumine. Ce tube en alumine est soudé avec un tube en silice ce qui permet de voir la lumière du plasma d'oxygène grâce à une cellule photoélectrique qui transmet l'intensité I du plasma à un enregistreur.

Montage expérimental

On observe ainsi l'intensité du plasma au cours du temps en fonction des paramètres expérimentaux qui sont :

• le débit d'oxygène (D en L/min)
• la pression (P en torrs) dans le tube
• la puissance microonde émise par le générateur
• le débit d'air de refroidissement de la cavité
• la position de la cellule photorésistante par rapport au tube

Suivant les conditions, on peut avoir un allumage spontané du plasma ou bien il faut utiliser un Homoflux pour forcer l'allumage (un homoflux provoque la création par un champs HF des électrons nécessaires pour débuter le plasma).

Résultats

Par exemple, avec une pression de 1,3 Torr et une puissance émise de 580 W on observe :

• avec D(O₂) = 0,04 et 0,05 L/min: pas de plasma
• avec 0,06 , 0,07 ou 0,08 L/min , on provoque l'allumage du plasma avec un homoflux puis le plasma s'allume seul d'une façon apériodique.
• On a un allumage spontané et stable avec un débit d'oxygène de 0,12 L/min.

Enregistrement de la lumière émise par le plasma

allumages apériodiques

Dans les systèmes dynamiques instables, un signal x(t) qui caractérise le système peut être périodique, quasi-périodique ou apériodique.

On constate le caractère apériodique du plasma en traçant les temps entre 2 allumages et/ou la durée d'un allumage.

temps (sec) entre deux allumages et durée d'un allumage (en haut)

L'intensité lumineuse émise I(t) est une grandeur caractéristique du système. On fait alors le tracé de l’application de premier retour pour vérifier si on est en présence d'un chaos déterministe ou bien d'un comportement erratique purement aléatoire. Pour ce faire, on trace le graphe de l'amplitude du maximum I_n+1 en fonction de l'amplitude du maximum précédent I_n.

Application de premier retour = Intensités I_n+1 = f(I_n)

Ce graphe montre que l'instabilité a un comportement erratique purement aléatoire.