PLASMA - CHAPITRE 7

Régimes de décharge

Avant claquage $V \ll V_b$ : porteurs créés par radiation cosmique, par radioactivité, par effet photoélectrique

Avant claquage $ V < V_b $ : certains porteurs créés par ionisation par impact électronique

Après claquage $ V > V_b$ : Effet d'avalanche électronique produisant une augmentation significative du courant (décharge de Townsend)
1) Avalanche électronique : Collisions électrons-neutres.
2) Ions créés frappent la cathode et créent des électrons secondaires.

Loi de Paschen

Faible pd : Peu de partenaires pour ionisation par collision donc il faut $\Delta V$ plus grand pour que les électrons soient plus énergétiques pour avoir $\sigma$ plus grand.

Fort pd : Pertes par collisions dans la phase gaz deviennent importantes donc il faut $\Delta V$ grand pour maintenir niveau d'ionisation.

Démo 7.1 : Champ électrique dans décharge de Townsend. Utiliser Poisson et densité de courant surtout due aux ions (car les électrons sont rapidement perdus en décharge de Townsend). La distribution du champ dépend de $J$.

Décharge luminescente normale

Décharge anormale : électrode couverte par des charges. Courant limité par l'aire des électrodes. Augmentation de la densité de charges produit des champs de charges d'espace très importants.

Régime d'arc : augmentation de la température des électrodes et donc émission thermoionique.

Zones sombres et lumineuses

Colonne positive :
Densité quasi-uniforme axialement
Plasma maintenu par puissance $P=\left< \vec{J_e} \cdot \vec{E} \right>$

Gaine cathodique :
Non-neutre, densité non-uniforme, importante chute de tension
Courant fourni par ions et électrons secondaires?

Froide : Émission d'électrons secondaires par bombardement de la cathode par des ions, des photons et/ou des métastables. Coefficient d'émission des électrons dépend des propriétés de la surface de la cathode.

Chaude : Émission d'électrons par effet thermoionique

Champ fort (cathode chaude ou froide) : Émission d'électrons secondaires par effet de champ.

Lueur négative
Électrons secondaires rapidement repoussés de la cathode par le champ électrique de charge d'espace
Excitation des atomes du gaz par impact électronique et désexcitation radiative

Zone sombre de Faraday
Champ plus faible à la fin de la gaine cathodique et électrons ont perdu leur énergie dans la lueur négative, donc électrons n'ont plus assez d'énergie pour exciter/ioniser. Formation d'un région sombre.

Gaine anodique : Double-couche pour retenir certains électrons et en accélérer d'autres pour maintenir le courant.

Démo 7.2 : Loi d'échelle (but : trouver $T_e$ dans la colonne positive)

Équation de diffusion : $-D_a \nabla^2n_e = k_{iz}n_en_n$

Pertes par diffusion = Gains par ionisation : $\frac{D_a}{\Lambda^2} = k_{iz}n_n$

Utiliser expressions approximées de $k_{iz}$ et de $D_a$. $L \gg R$.

Démo 7.3 : Champ de maintien

3e equation de transport à l'état stationnaire en négligeant de le transport d'énergie (chaleur)

Force : Force électrique
Vitesse moyenne : Vitesse de dérive
Négliger gains par collisions
Énergie perdue en une collision : énergie d'ionisation

Utiliser $k_{iz}$ approximé pour trouver l'expression du champ de maintien

Démo 7.4 : Analyse du courant pour trouver $n_e(r=0)$.

$ I = \int_S \vec{J}\cdot d\vec{a} $

Dans la colonne positive, courant surtout dû aux électrons