Research on striations in low pressure rare gaz and mercury discharge

par Yang Liu

Thèse de doctorat en Physique et ingénierie des plasmas de décharge

Sous la direction de David Buso et de Georges Zissis.

Soutenue en 2010

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Dans la présente thèse, des investigations sur les striations et leurs propagations dans les décharges basses pression mercure gaz rare ont été menées. Les raisons et les propriétés de ces phénomènes sont explorées. Nos résultats expérimentaux et théoriques montrent que l'apparition des striations provient d'un excès d'ion de gaz rares dans la balance d'ionisation lorsque ceci ont été ionisé par palier à partir d'un état métastable. Cela mène à une EEDF non locale qui permet une amplification et une propagation des instabilités. Pour éliminer les striations il faut donc limiter la production d'atome de gaz rare métastable. Cela peut se faire en augmentant le courant de décharge, la pression de vapeur de Mercure ou en augmentant la fréquence. Les points créatifs de cette thèse sont les suivants : 1. Fournir un chauffage auxiliaire aux électrodes de la lampe étudiée pour supprimer les perturbations de la zone cathodique. Ceci à permis de montrer que les striations ne trouvent pas leur origine dans la zone cathodique, et que le phénomène est intrinsèque à la décharge. 2. L'imagerie ICCD haute vitesse a révélé que les striations apparaissent seulement sur un front montant du signal lumineux, sur le front descendant, les striations disparaissent. 3. Résoudre l'équation de Boltzmann numériquement par un schéma de Crank-Nicholson et simuler la réponse des électrons à un champ électrique périodique spatialement dans une décharge Ar-Hg. Les raisons d'apparition et de propagation des striations sont discutées.


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  • Résumé

    In the present thesis, investigation on moving striations in low pressure rare gas and mercury discharge is performed, where reasons and properties of this phenomenon are explored. According to experimental and simulation results, major causes of striations come from stepwise ionization of metastable rare gas atoms dominating ionization balance. This leads to non-local EEDF, which enables amplification and propagation of instabilities. Therefore, the feasible method to eliminate striations is to suppress production of metastable rare gas atoms. This can be realized by increasing discharge current, increasing Hg vapor pressure; and increasing discharge frequency. This thesis bears creative points as follow: 1. Provide electrode heating current to the lamp to suppress disturbances in cathode region; then proves that under the experimental condition, striations in low pressure rare gas mercury discharge are not originated from cathode region. 2. ICCD high speed imaging reveals that striations only appear on the rising edge of the light signal; on the falling edge, striations disappear. 3. Solve the Boltzmann numerically by Crank-Nicholson scheme and simulate electron response to spatially periodic electric field in low pressure Ar-Hg discharge. Motivation of propagation of striations is discussed.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (127 p.)
  • Annexes : Bibliogr. à la fin des chapitres

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2010TOU30036
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