Diagnostiques, propriétés structurales et dynamiques d'un plasma poussiéreux produit par radiofréquence

Диагностика, структурные и динамические свойства пылевой плазмы высокочастотного разряда

Diagnostics, structural and dynamical properties of RF dusty plasma

• Auteur / Autrice : Murat Jumagulov
• Direction : Laïfa Boufendi, Tlekkabul Sabitovich Ramazanov
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 04/12/2013
• Etablissement(s) : Orléans en cotutelle avec Al-Farabi Kazakh National University (Almaty, Kazakhstan)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (2012-.... ; Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de recherches sur l'énergétique des milieux ionisés. UMR 7344 (Orléans ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Aliya Askarova
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laïfa Boufendi, Tlekkabul Sabitovich Ramazanov, Aliya Askarova, Yurii Arkhipov, Nasrulla Burtebaev, Leonid Chechin, Alpamys Ibraev, Serik Kumekov, Anatoly Kupchishin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matière condensée

Particules (matière)

Matériaux -- Recherche

Mots clés libres

Plasma poussièreux

Particules poussièreuses chargées

Propriétés de plasma

Dusty plasma

Charged dust particles

Plasma properties

Résumé

L'étude des plasmas poussiéreux est maintenant un domaine scientifique en plein développement qui attire l'attention d’une large communauté de scientifiques. Rappelons que le plasma poussiéreux est un plasma classique avec des particules injectées ou qui s’y sont formées dont les tailles peuvent atteindre quelques micromètres. Ces particules (poussières) peuvent acquérir de très grandes charges jusqu'à 103 à 105 charges élémentaires. Dans la littérature, il est également appelé plasma à phase condensée dispersée, plasma aérosol et aussi plasma complexe. Les plasmas poussiéreux sont d’un grand intérêt à la fois sur le plan pratique afin de trouver des solutions à des problèmes industriels et sur le plan scientifique fondamental afin d’élargir nos connaissances sur les phénomènes fondamentaux de la nature ainsi que les propriétés et la structure de la matière. En raison du fait que les particules de poussière macroscopique sont visuellement distinguables, le plasma poussiéreux est un objet d’étude unique pour l'étude de certaines propriétés physiques de la matière condensée, telles que les transitions de phase, la propagation d’ondes, les phénomènes de dislocation, les processus de transport, etc…On a constaté que dans de nombreuses technologies modernes mettant en oeuvre un plasma, en raison de l'interaction du plasma avec la surface des matériaux, des particules macroscopiques sont éjectées de celles-ci dans le plasma (dont les tailles peuvent être de quelques nanomètres jusqu'à quelques dizaines de micromètres). Il en résulte ainsi la formation d’un plasma complexe. Le nom le plus commun de ce plasma est un plasma poussiéreux. Un des aspects les plus intéressants est la formation dans certaines conditions de structures ordonnées (« cristaux ou liquide coulombiens »). Toutes ces structures plasmapoussière, se formant de façon naturelle, sont une contamination indésirable qui affecte négativement les propriétés physiques et mécaniques (micro dureté, résistance à la corrosion, etc.) des matériaux et dispositifs manufacturés.L'un des problèmes scientifiques et technologiques les plus importants, à l’heure actuelle, est la réalisation de la fusion thermonucléaire contrôlée. Dans ces conditions extrêmes se forment aussi au voisinage des parois des Tokamaks des poussières qui jouent un rôle fondamental : les données expérimentales récentes montrent que la présence de poussières dans le plasma peut affecter le temps global de confinement du plasma. L'utilisation du plasma poussiéreux dans la production de matériaux composites, à haute valeur ajoutée, est un nouveau champ d'applications. On peut citer à titre d’exemples, le traitement de surface de petites particules sphériques avec des revêtements, d’épaisseur nanométrique, déposés par plasma. Afin d'étudier les mécanismes de formation de particules homogènes ayant des propriétés désirées et une production stable, il est nécessaire de trouver les conditions optimales de production. Ainsi, l'étude des propriétés des plasmas poussiéreux et leurs diagnostics sont des tâches très importantes, à la fois pour les connaissances scientifiques fondamentales et que pour les aspects appliqués.

The study of the dusty plasma is now a developing scientific field, attracting the attention of scientists. Recall that the dusty plasma is conventional plasma with inserted or formed therein particles of condensed matter of microns sizes, the size of these particulates (dusts) can acquire very large charges up to 3 5 10 ¸10 of the elementary charges. In the literature, it is also named as plasma with a condensed dispersed phase, aerosol plasma. Dusty plasma is of interest both for the solution of the applied problems, and to expand our knowledge of the fundamental phenomena in nature, properties and structure of matter. Due to the fact that the macroscopic dust are visually distinguishable the dispersed plasma is unique comfort object for the study of some physical properties of condensed matter, such as phase transitions, transport processes, etc.It was found that in many modern plasma technologies, due to the interaction of the plasma with the material surfaces macroscopic particles from the material fall into the plasma (sizes are from micron fractions up to a few hundred microns). As result complex plasma is formed. The most common name of this plasma is dusty plasma. An interesting fact is that the dusty plasma forms under certain conditions the ordered structures ("plasma crystal", clouds, droplets). All of these plasma- dust structures are naturally occurring undesirable contamination and negatively affect on the physical and mechanical properties (microhardness, corrosion resistance, etc.) of the constructional materials.One of the most important scientific and technological problems is the realization of the controlled thermonuclear fusion. Formed in the wall region of the Tokamak dusty plasma can play a big role: recent experimental data show that the presence of dust in the plasma can affect the global energy confinement time. The use of the dusty plasma in the production of high composite materials is new field of application, for example, small spherical particles with nanocoating deposited in the plasma. In order to study formation of a homogeneous powder of the dust particles with desired properties and stability of its production, it is necessary to find the optimal conditions and time of production. Thus, the study of dusty plasma properties, their diagnostics are very important tasks, both from the scientific and applied aspects.