Généralisation de faisceaux d'ions à partir de plasmas à haute densité : simulations numériques par code PIC de l'extraction, de la mise en forme du faisceau et de l'usure des grilles, développement de sources radio-fréquences à forte densité de courant (Ar, Xe) et à fort taux de dissociation (O2, N2)

par Michaël Irzyk

Thèse de doctorat en Physique des plasmas

Sous la direction de André Bouchoule.

Soutenue en 2001

à Orléans .


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  • Titre traduit

    Ion beam formation extracted from high density plasma : the PIC numerical simulation of the extraction, of the global beam make-up and of the grid's erosion, the design of high density current (Ar, Xe) and high dissociation (O2, N2) radio-frequency ion beam plasma sources


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  • Résumé

    Cette thèse concerne le développement de sources s'ions à fort courant de faisceau (>1mA/cm2) dans la gamme d'énergie du keV à partir de gaz rares (Ar, Xe) et de gaz réactifs (O2, N2). Deux études complémentaires abordant les aspects numériques et expérimentaux ont été menées en parallèle. Dans une première étude, plusieurs codes ont été écrits et parallélisés. Ces codes simulent l'extraction induit par le phénomène d'échange de charges et la mise en forme du faisceau résultant de la somme des micro-faisceaux. Des travaux de validation de ces codes ont été effectués et les résultats expérimentaux se sont avérés être en bon accord avec les résultats des simulations. Dans la seconde étude, trois nouvelles sources d'ions ont été développées. Ces trois sources utilisent une optique d'extraction à 3 grilles. Les deux premières décharges (de 5 cm de diamètre) se caractérisent par un couplage de l'énergie radio-fréquence par une antenne de type "hélicon". Elles diffèrent par la structure du champ magnétique générée soit par des bobines soit par des aimants. La dernière source (de 10 cm de diamètre) se caractérise par sa configuration de type TCP plan. Les décharges et les sources d'ions ont été caractérisées en terme de densité du plasma, d'homogénéité, de courant de faisceau, de divergence des micro-faisceaux (analyseur de divergence) et de composition du faisceau d'ions (analyseur à temps de vol). Les résultats obtenus montrent que les codes numériques développées sont des outils adaptés et performants dans le cadre de la conception de sources d'ions. Par ailleurs, les sources d'ions conçues dans cette étude présentent des caractéristiques intéressantes en terme de densité de courant et de composition du faisceau (50 % d'espèce atomique).

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Informations

  • Détails : 231 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 228-231. Index

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  • Bibliothèque : Université d'Orléans. Service commun de la documentation.Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS 19-2001-36
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