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Van de Steen, Cyril. Modélisation des propriétés de transport des ions moléculaires de krypton et xénon pour l'optimisation des générateurs de plasma froids utilisant les gaz rares

Van de Steen, Cyril (2018). Modélisation des propriétés de transport des ions moléculaires de krypton et xénon pour l'optimisation des générateurs de plasma froids utilisant les gaz rares.

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Résumé en francais

L'utilisation de plasmas froids à base de gaz rares (Rg) dans des applications biomédicales ainsi que dans la propulsion spatiale est en nette évolution. Pour optimiser ces réacteurs plasmas, une compréhension fine des processus ayant lieu dans ces réacteurs est nécessaire. Ce travail de thèse a pour objectif de fournir les données manquantes dans la littérature (coefficients de transport et réaction) en passant par des données mésoscopiques (sections efficaces) obtenues à partir de données microscopiques (potentiels d'interaction) pour le xénon et krypton dans leur gaz parent. Seul des plasmas froids composés d'un seul type d'atome sont considérés. Comme le krypton et le xénon sont des gaz rares, et ont donc, à l'état de neutralité peu/pas d'interaction entre eux. Par conséquent, seules les collisions ion - atome seront considérées. Du fait des faibles énergies des ions dans le plasma froid, seul les 6 premiers états excités du couple Rg2+ seront pris en compte. Ces 6 états seront classés en deux groupes, 2P1/2 et 2P3/2. Lors de ce travail, deux potentiels d'interaction différents disponibles dans la littérature sont utilisés et comparés pour les systèmes collisionnels Kr+/Kr et Xe+/Xe dans le calcul des sections efficaces. Pour les collisions impliquant des dimères ioniques (Kr2+/Kr et Xe2+/Xe), les potentiels d'interaction sont calculés à partir du modèle DIM (Diatomics In Molecules) qui est une combinaison des potentiels atomiques d'interaction neutre - neutre et ion - neutre. Les sections efficaces, requises pour obtenir les données mésoscopiques manquantes, sont calculées à partir de trois méthodes différentes. La première méthode est la méthode quantique qui permet, par une résolution de l'équation de Schrödinger, d'obtenir de manière exacte les sections efficaces à partir des potentiels d'interaction. Cette méthode exacte, étant grande consommatrice de temps de calcul, est utilisée en tant que référence pour valider les deux autres méthodes approchées. La seconde méthode, nommée semi-classique, est basée sur la même expression que la section efficace quantique mais utilise un déphasage approché (approximation JWKB), induit par le potentiel d'interaction, entre l'onde diffusée et l'onde incidente. Cette méthode a l'avantage d'être plus rapide que la méthode quantique tout en ayant des résultats très proches. La dernière méthode est la méthode hybride qui consiste à traiter les atomes par une méthode classique et les électrons par le formalisme quantique. Cette méthode est la seule des méthodes approchées qui permet de traiter les collisions entre dimère et atome en prenant en compte la vibration et la rotation du dimère. Lors de collision dimère - atome, une fragmentation du dimère peut avoir lieu et donc la section efficace de dissociation du dimère, apparaissant à partir d'un seuil d'énergie, a été prise en compte dans les calculs Monte Carlo. Les coefficients de diffusion ainsi que la mobilité des ions dans leurs gaz parents sont calculés à partir des sections efficaces avec un code Monte-Carlo. Les mobilités ainsi calculées sont comparées aux mesures expérimentales disponibles dans la littérature. Dans le cas des dimère, la rotation et la vibration dans la molécule doivent être prises en compte. Tous les résultats montrés sont réalisés sur l'état fondamental du dimère. Les mobilités ainsi calculées par les méthodes disponibles donnent des résultats proches des valeurs expérimentales, nous permettant de conforter nos autres coefficients de transport et réaction.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Benhenni, Malika
Kalus, René
Ecole doctorale:Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire PLAsma et Conversion d'Energie (LAPLACE), UMR 5213
Mots-clés libres :Modélisation physico-chimique - Donnée de base - Ion atomique (Kr+ et Xe+) et diatomique (Kr2+ et Xe2+) - Interaction ion-neutre - Potentiel d'interaction - Section efficace de collision et dissociation - Méthode quantique - Méthode semi-classique (JWKB) méthode hybride - Simulation Monte Carlo - Coefficients de transport - Taux de réaction
Sujets :Physique
Déposé le :27 Mar 2019 14:36