Étude des décharges créées par onde de surface à moyenne et haute pression : application à l'analyse chimique
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
This report deals with the study of microwave discharges produced in argon gas by surface waves in the 20-760 Torr pressure range. Application to chemical analysis by emission optical spectroscopy is also investigated. First of all we study the propagation of a surface wave in bounded plasma in which the effective collision frequency for momentum transfer ν is higher than the excitation one. The axial electron density profile is determined from two diagnostic techniques, i. E. , phase variations of the wave field and Stark broadening of Hβ line. Then we deduce the discharge characteristics ν, Θ (maintaining power of an electron-ion pair) and Eeff (effective electric field for discharge sustaining) from the electron density profile. Then an energy balance of the discharge is developed. It explains the change of operating conditions in the 20-50 Torr range. At low pressure the discharge is governed by ambipolar diffusion whereas at high pressure, the electrons are mainly lost by volume recombination of Ar2+. Finally, we report on chemical analysis experiment of gases (optimum sensibility in found near 100 Torr) and of metallic solutions sprayed by a graphite oven. Performances of such a design and ICP plasma torches are compared.
Abstract FR:
Ce travail présente l'étude des décharges microondes d'argon créées par onde de surface à moyenne et haute pressions (20 - 760 Torr), dans des tubes capillaires ainsi que leur utilisation pour faire de l'analyse chimique par spectrométrie d'émission. On étudie tout d'abord la propagation d'une onde de surface dans un plasma limité où la fréquence de collision effective électron-neutre ν est supérieure à la pulsation excitatrice. Puis on mesure le profil longitudinal de densité électronique entre 20 et 760 Torr (1013 ≤ ne ≤ (1015 cm-3) par deux techniques : variations de phase de l'onde et élargissement Stark de Hβ. Les caractéristiques de la décharge, ν, Θ (puissance nécessaire au maintien d'une paire électron-ion), et Eeff (champ effectif de maintien de la décharge) sont ensuite déduites du diagnostic de densité électronique. On développe alors un bilan énergétique de la décharge mettant en évidence le changement de régime de la décharge vers 20-50 Torr entre les basses pressions (décharge contrôlée par diffusion ambipolaire) et les hautes pressions (électrons perdus par recombinaison en volume d’Ar2+). Enfin nous présentons des expériences d'analyse de gaz, montrant un optimum de sensibilité à moyenne pression, ainsi que des expériences d'analyse de solutions métalliques, vaporisées par un four graphite. Les performances de ce dispositif sont comparées à celles obtenues avec un plasma ICP.