Luminescence de l'argon et du xénon dans les décharges à barrières diélectriques mono-filamentaires : analyses électriques et cinétique
Institution:
Toulouse 3Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Atmospheric pressure dielectric barrier discharge are more and more used in industry, in particular for ozone generation, surface treatment, material deposit, treatment of pollutants, production of ultraviolet radiation in excimer lamps, etc… At such high pressures, these discharges are generally filamentary, but under certain particular conditions they can be homogeneous. However, the reasons of the transition from one type to another are still badly known. Contrarily to the filament discharges, the homogeneous ones have been widely studied. So, for a better understanding of the behavior of filament discharges in rare gases, a new experimental device was designed in order to carry out the electrical and spectroscopic temporal analysis of a monofilament. The present study deals with pure argon and xenon. The temporal evolutions of both the current flowing through and the voltage drop across the micro-discharge, were calculated by using a macroscopic dynamic electrical model. The injected electric power as well as the ignition voltage was then deduced for various conditions. The establishment of the discharge was recorded: different phases namely, the initial electronic avalanche, followed by the positive streamer and then the formation of the cathode layer were clearly illustrated by short exposure-time snapshots in the visible range. . .
Abstract FR:
Les décharges à barrières diélectriques fonctionnant à pression atmosphérique sont de plus en plus utilisées dans l’industrie : génération d’ozone, traitement de surface, dépôt de matériaux, dépollution, rayonnement ultraviolet des lampes à excimères, etc… A cette pression, ces décharges sont filamentaires, mais elles peuvent être homogènes sous certaines conditions. Les raisons de la transition d’un type à l’autre demeurent mal connues, et contrairement aux décharges filamentaires, les décharges homogènes ont été largement étudiées. Afin de mieux appréhender le fonctionnement des décharges filamentaires dans les gaz rares, un nouveau dispositif expérimental a été conçu pour réaliser l'analyse temporelle, électrique et spectroscopique d'un mono-filament. Cette étude porte sur l’argon et le xénon purs. La caractérisation électrique, à partir d’un modèle électrique comportemental, à la fois dynamique et macroscopique, a permis de calculer, dans diverses conditions, le courant et la tension de la micro-décharge, l’énergie électrique injectée et sa tension d’amorçage. L’établissement de la décharge a été enregistré par imagerie rapide, dans le visible. Les clichés illustrent les phases successives de la décharge : avalanche électronique, streamer positif et développement de la couche cathodique. Pour les deux gaz, la durée radiative de l'excimère 1u(3P2) et sa constante de formation, par collisions à trois corps à partir de l'état métastable 3P2, ont été déterminées à partir de l'analyse de l'évolution temporelle du deuxième continuum. C'est la première fois que ces deux grandeurs sont déterminées simultanément dans de réelles conditions de fonctionnement d'une décharge à barrières diélectriques. Dans l'argon, l'état 3P1 ne semble pas participer à la formation de l'excimère 1u(3P2). Le premier continuum a été observé seulement dans le xénon et la constante de formation par collisions à trois corps de l'excimère 0+u(3P1) a été mesurée. Nos résultats sont en bon accord avec les déterminations antérieures, obtenues avec des moyens d’excitation différents. Dans nos conditions, une phase d'excitation initiale d'environ 100 ns est observée. Nous proposons pour chaque gaz et au-delà de la phase d'excitation, un schéma cinétique impliquant ces excimères, précurseurs du rayonnement ultraviolet lointain.