Dissertations / Theses: 'Résonance cyclotronique électronique (ECR)'

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Majeri, Nassim. "Production de rayons X par plasma ECR." Thesis, Orléans, 2009. http://www.theses.fr/2009ORLE2077/document.

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Abstract:

Durant cette thèse nous avons caractérisé et amélioré une nouvelle source de rayons X avec unplasma ECR (résonance cyclotronique électronique) permettant de générer des électronsénergétiques de 10 à 120 keV, qui vont ensuite produire le rayonnement X par freinage(bremsstrahlung). Les améliorations de l’installation ont permis d’obtenir une source stable, pouvantfonctionner une journée entière de travail (huit heures) sans arrêt. Dans la première partie de l’étudeexpérimentale on a étudié et déterminé les paramètres optimaux de la source : la pression, lapuissance micro-onde et la configuration magnétique sur le rayonnement X du plasma. Nous avonségalement confirmé la localisation des électrons énergétiques sur un anneau due à la configurationmagnétique. L’intensité trop faible et la zone d’émission non ponctuelle du rayonnement plasma, nepermettant pas l’utilisation de la source à plasma, une cible a été insérée sur la trajectoire desélectrons énergétique pour résoudre ces deux problèmes.Le principal avantage de notre source par rapport aux tubes X, est l’absence de haute tension (20 à400 kV). Pour chauffer les électrons, nous utilisons une onde de 2,45 GHz, qui est la fréquenceindustrielle autorisée dans les fours à micro-ondes, délivrée par un magnétron. Les éléments simplesqui composent notre source donne un coût plus faible qu’un système classique de tubes X, dûprincipalement au prix élevé du générateur HT pour les tubes X. De plus, nous n’avons pas besoind’un vide très poussé car, à la différence des tubes X, la source ECRX fonctionne avec une pressionrésiduelle de 0,1mPa. Et enfin notre source est compacte ce qui la rend facilement transportable. Lesapplications de cette source sont nombreuses comme la radiologie, la stérilisation et le contrôle nondestructif industriel
During this thesis we have characterised and developed a new X-ray source with an ECR plasma(electron cyclotron resonance) generating energetic electrons from 10 to 120 keV, which will emit adeceleration radiation (the Bremsstrahlung). The improvements of the installation permit to obtain astable source, which can work during one day (eight hours) without stop. In first part of theexperimental study we have studied and determined the optimal parameters of the source: pressure,micro-wave power and the magnetic configuration on the X radiation of the plasma. We also confirmedthe localisation of the energetic electron on a ring due to the magnetic configuration. The low intensityand the non punctual emission size of the X radiation, don’t allow the use of the source, so a target isinserted in the trajectory of the energetic electron to solve these two weaknesses.The main advantage of our source compared with X-ray tubes, is the absence of high voltage (20 to400 kV). For heating the electron, we use a 2,45 GHz wave, that is the industrial frequency authorizedfor the micro-wave oven, delivered by the magnetron. The simple elements that compose our sourceare less expensive than the classical X-ray tubes, due to mainly the high cost of the X-ray generator.Moreover, we don’t need a high vacuum, mandatory for the X-ray tubes; an ECRX operates at aresidual pressure of 0,1 mPa. And finally, we have a compact source. Applications will be various frommedical, like radiological, sterilization, to non-destructive industrial control

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Perret, Cécile. "Caractérisation de la population électronique dans un plasma de source d'ions à résonance cyclotronique électronique." Université Joseph Fourier (Grenoble), 1998. http://www.theses.fr/1998GRE10123.

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Abstract:

Cette these presente deux approches de caracterisation de la population electronique d'un plasma de source d'ions a resonance cyclotronique electronique. Des mesures effectuees sur une source dediee a l'etude du plasma ont permis de determiner la densite electronique, le potentiel plasma et le contenu energetique. L'ensemble de ces mesures a montre que la population electronique n'est pas une maxwellienne. Les collisions ne sont pas suffisantes pour thermaliser les electrons chauffes par l'onde h. F. . Il apparait donc une queue d'electrons tres energetiques dans la fonction de distribution electronique. Ces electrons energetiques dont le temps de vie est important sont responsables des bonnes performances et des hauts etats de charge obtenus dans ces sources d'ions a resonance cyclotronique electronique. La distribution des electrons peut egalement etre determinee a partir d'une approche theorique. Cette these developpe la mise en equation des phenomenes physiques qui regissent l'evolution de la population electronique : les collisions colombiennes entre particules, l'interaction des electrons avec l'onde h. F. Et l'ionisation des ions et atomes du plasma. L'equation etablie a ensuite ete traitee de facon numerique en effectuant un certain nombre d'hypotheses. Les resultats obtenus avec ces codes de calcul ont mise en evidence des phenomenes de saturation qui peuvent expliquer les limitations rencontrees par les sources d'ions actuelles. Ces resultats sont en accord avec les resultats experimentaux. Cette these a donc permis de confirmer le fait que la distribution en vitesse des electrons n'est pas une maxwellienne. Le code de calcul permet d'avoir la distribution des electrons en fonction de parametres d'entre lies a la geometrie de la source et aux reglages de fonctionnement. Pour la premiere fois, la densite electronique d'un plasma de source d'ions a resonance cyclotronique electronique a ete obtenue a la fois experimentalement et theoriquement.

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Adrouche, Nacer. "Diagnostic du plasma de la source d'ions ECR SIMPA par spectroscopie X : collisions d'ions néon hydrogenoïdes avec des agrégats d'argon." Paris 6, 2006. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00105774.

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Abstract:

La première partie est consacrée à la caractérisation de la source d’ions ECR SIMPA. En analysant les spectres Bremsstrahlung du plasma, nous avons déterminé la température et la densité électronique et la densité ionique. Nous avons également enregistré des spectres haute résolution des plasmas d’argon et de krypton pour déterminer la densité ionique des états de charges. La seconde partie est consacrée à la collision des ions de Ne9+ avec des agrégats d’argon. Nous avons effectué une application théorique pour une collision d’un ion Ne9+ avec un agrégat d’argon, pour connaître les niveaux énergétiques peuplés lors de la capture électronique et suivre l’évolution du nombre d’électrons dans les couches du projectile. Enfin, nous avons présenté les résultats de collisions entre un faisceau d’ion Ne9+ et des agrégats d’argon, mettant en évidence une forte agrégation des cibles et une multi-capture faite par les ions.

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Slim, Aref. "Procédé de dépôt et transition vers un plasma poudreux en plasma microonde multipolaire excité à la résonance cyclotronique électronique répartie de méthane." Toulouse 3, 2011. http://thesesups.ups-tlse.fr/1338/.

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Abstract:

Ces travaux concernent le dépôt assisté par plasma de couches minces homogènes de carbone amorphe hydrogéné (a-C:H) et de couches minces hétérogènes composées de nanoparticules formées dans le volume du plasma encapsulées dans une matrice de a-C:H en plasma microonde multipolaire excité à la resonance cyclotronique électronique répartie. Le but de cette thèse est de comprendre l'influence de différents paramètres du procédé, tels que la température du substrat, la puissance microonde et le temps de résidence du gaz, sur les processus d'interaction plasma-surfaces et la transition vers le plasma poudreux. En effet, après un régime transitoire lié aux premières étapes de croissance (croissance par îlot, hydrogénation), le procédé de dépôt se déroule selon une compétition entre le dépôt des espèces hydrocarbonées et la gravure du matériaux par l'hydrogène présent dans la décharge. Cette érosion forme des espèces volatiles qui peuvent à leur tour participer au procédé de dépôt et, selon leur densité et leur structure (par exemple C2H2), permettre la transition vers un plasma poudreux. Contrairement à la température des parois (de -25 à 150°C) et à la puissance microonde (dans la gamme 100-800 W) qui ne permettent pas de former en quantité suffisante des espèces volatiles, le temps de résidence permet de former un plasma poudreux : cette transition est obtenue en augmentant la probabilité d'interaction de l'hydrogène avec les parois du réacteur. L'étude repose sur des analyses électriques et optiques du plasma (sonde de Langmuir, spectroscopie infra-rouge et ellipsométrie spectroscopique) et des analyses ex-situ des couches minces obtenues (microscopie, spectroscopies, etc. . . )
This work deals deposition of thin films in a multipolar microwave plasma excited at distributed electron cyclotron resonance. We focused on the deposition of homogeneous films based on hydrogenated amorphous carbon or heterogeneous structure based on carbon nanoparticles formed in the plasma volume and embedded in the matrix under growth. The aim of this PhD work is to highlight the influence of different process parameters such as substrate temperature, microwave power and gas residence time on plasma-surface interactions mechanisms as well as the transition to a dusty plasma. Indeed, the transient regime linked to the first growth steps (3D growth, hydrogenation) is followed by a permanent regime controlled by the competition between the hydrocarbon species deposition and the surface erosion from hydrogen formed in the discharge. This erosion forms volatiles species that can take place in the plasma deposition process and, depending on their density and structure (for example C2H2), lead to the transition toward a dusty plasma. In contrast with walls temperature (from -25 to 150°C) and the microwave power (in the range 100-800W) that do not lead a sufficient density of volatiles species, the residence time lead to the formation of a dusty plasma: this transition is obtained when increasing the hydrogen interaction probability with the reactor walls. This study is based on electrical and optical diagnoses of the discharge (Langmuir probe, infra-red and ellipsometric spectroscopies) and on ex-situ analyses of deposited thin films (microscopies, spectroscopies, etc. . . )

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Aleiferis, Spyridon. "Étude expérimentale de la production d’ions négatifs H- par des plasmas à la résonance cyclotron électronique." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAI032/document.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l'étude expérimentale de la production d’ions négatifs (H-) par des sources multi-dipolaires microondes (2.45 GHz) fonctionnant à la Résonance Cyclotron des Electrons (RCE). Les sources H- sont nécessaires aux accélérateurs de haute énergie et surtout pour les systèmes d’injection de neutres à haute énergie pour le chauffage des plasmas de fusion. Pour cette étude, deux sources (Prometheus I et ROSAE III) ont été conçues, fabriquées et étudiées. Ces deux sources sont munies de réseaux 2D des sources multi-dipolaires. Il est prouvé que la formation des ions négatifs dans ces sources d'ions, est dû à un mécanisme de production en volume : l'attachement dissociatif des électrons de faible énergie sur des molécules ro-vibrationallement excitées. Contrairement aux sources impliquant des réactions de surface, la production en volume a l’avantage de fonctionner sans césium. Une étude détaillée des principes fondamentaux de la production de H- est réalisée, et les voies possibles pour d'optimisation sont explorées au moyen de : sondes électrostatiques, photodetachment laser, spectroscopie d'émission optique dans la région spectrale du visible et de l'ultraviolet du vide et finalement par spectroscopie d'absorption et de fluorescence induite dans la région spectral de l'ultraviolet du vide en utilisant radiation synchrotron dans un montage expérimental spécial (SCHEME). Analytiquement:La source "Prometheus I" est d'abord étudiée en détails, dans une large gamme de conditions expérimentales (par exemple, pression, puissance, position des zones RCE). Cette étude souligne l’efficacité de production des ions H- en volume, et dévoile une fenêtre de fonctionnement optimal et des voies d'optimisation pour atteindre de plus fortes densités d'ions H-. La contribution du processus d'attachement dissociatif et de l'ionisation résonnante des neutres, à la production H- pour cette source ont été évaluée et la prépondérance de la première finalement confirmée par un modèle rendant compte du bilan des créations et pertes d’espèces.En raison de l'importance des molécules ro-vibrationnallement excitées lors du processus d'attachement dissociatif, l'étude se concentre sur leurs réactions de formation. Deux réactions de formation sont étudiées par des expériences dédiées : la désorption recombinative des atomes d'hydrogène à la surface de divers matériaux ("ROSAE III" et "SCHEME") et l'excitation par impact d'électrons à travers les états singulets temporaires ("Prometheus I"). L'étude de la désorption recombinative a été appréhendée de deux façons différentes. Avec la source ROSAE III, l'impact indirect du processus pour la production d'ions négatifs, à travers la formation de molécules ro-vibrationnellement excitées, a été évaluée dans les plasmas RCE. Dans la deuxième approche, la source "SCHEME" a été conçue pour l'étude de la désorption recombinative des atomes en utilisant le rayonnement synchrotron. La formation des états vibrationnels suite à l’excitation des états singulets, dans la source "Prometheus I" a été étudiée par des mesures d'émission de l'ultraviolet du vide.Une étude qui combine la spectroscopie d'émission de l'ultraviolet du vide, le photodétachement et la caractérisation de la cinétique des électrons par sondes électrostatiques, a permis l'identification des facteurs qui limitent la production d'ions négatifs dans le plasma RCE de "Prometheus I". Des perspectives pour surmonter ces limitations sont finalement proposées
The present PhD thesis is devoted to the experimental study of hydrogen negative ion (H-) production in microwave-driven (2.45 GHz) multi-dipolar Electron Cyclotron Resonance (ECR) plasma sources. H- sources are required in high-energy accelerators and more importantly in neutral beam injection systems for fusion plasma heating. Towards this directions, two sources (namely, "Prometheus I" and "ROSAE III") are designed, fabricated and studied. Both sources are driven by 2D networks of dipolar ECR elementary sources. It is proven that, negative ion formation in these ion sources is governed by the volume production mechanism, which mostly refers to the dissociative attachment of low energy electrons to vibrationally excited molecules. Contrary to the so called surface sources, volume production sources have the advantage of cesium-free operation. Extended experimental study on fundamental principles of H- production is realized, and possible ways for potential source optimization are tested by means of: electrostatic probes, laser photodetachment, optical emission spectroscopy, both in the visible and vacuum ultra-violet spectral range and finally, vacuum-ultraviolet absorption and induced fluorescence spectroscopy using synchrotron radiation in a specially designed setup ("SCHEME"). Analytically:The source "Prometheus I" is initially studied in detail (EEDF, H- density, optical emission spectra etc), under a wide range of experimental conditions (e.g., pressure, power, ECR-zone location), proving its efficiency for H- volume production, and unveiling optimum operational window and paths for obtaining higher H- densities. The contribution of the dissociative attachment process and neutral resonant ionization to H- production in this source, is evaluated, and the dominance of the former is finally confirmed by an equilibrium model.Due to the importance of the ro-vibrationally excited molecules to the dissociative attachment process, the study is focused on their formation reactions. Two formation reactions are considered by adequately adapted experiments: the recombinative desorption of hydrogen atoms on the surface of various materials (ROSAE III and SCHEME) and the electron impact excitation through temporary singlet states (Prometheus I). The study of recombinative desorption is approached in two different ways. With the source ROSAE III, the indirect impact of the process to the production of negative ions, through the formation of ro-vibrationally excited molecules, is evaluated in ECR plasmas. In the second approach, the source SCHEME is designed for the independent investigation of the recombinative desorption of unexcited atoms using synchrotron radiation based diagnostics. The formation of vibrational states through singlet excitation in the source "Prometheus I" is studied by vacuum-ultraviolet emission measurements.A study that combined vacuum-ultraviolet emission spectroscopy, photodetachment and the characterization of electron kinetics with electrostatic probes, allowed the identification of the factors that limit negative ion production in the ECR plasma of "Prometheus I". Perspectives for overcoming these limitations are finally proposed

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Leduc, Alexandre. "Etude par la simulation et l'expérimentation de la production d'ions métalliques Calcium à l'aide d'une source d'ions du type Résonance Cyclotronique Electronique." Thesis, Normandie, 2019. http://www.theses.fr/2019NORMC239.

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Abstract:

Dans le cadre du projet SPIRAL2, la source d'ions à la résonance cyclotronique électronique (RCE) PHOENIX V3 (amélioration par rapport à la précédente version PHOENIX V2) a été développée afin d'augmenter la production d'ions avec un A/Q=3. La source vise principalement la production d'ions métalliques. Pour cela, des atomes métalliques sont sublimés dans un four avant d'être injectés dans la source d'ions. Lors de la production de tels faisceaux d'ions, la grande majorité des atomes se fixe au niveau de la paroi de la chambre à plasma et y reste. Ces pertes mènent à une faible efficacité globale d'ionisation (de l'ordre de la dizaine de pour cent).Un code hybride PIC (Particle In Cells) a été développé pour étudier la dynamique des particules chargées et reproduire les spectres d'ions en A/Q expérimentaux produits par la source d'ions PHOENIX V3. La simulation se concentre sur la propagation des ions en trois dimensions. A l'aide de plusieurs paramètres ajustables, la simulation reproduit la distribution des états de charges à la sortie de la source d'ions. Ce code a fourni des résultats encourageants.En parallèle de l'étude par simulation de la dynamique des particules dans le plasma, un ensemble de simulations reproduisant le fonctionnement du four pour atomes métalliques a été conçu. Les simulations permettent également l'analyse de la distribution angulaire des impulsions des particules quittant le creuset du four. Les distributions angulaires fournies par les simulations sont comparées à celles obtenues grâce à des mesures expérimentales.Une étude expérimentale a également été initiée afin de réduire le temps de collage des atomes métalliques injectés sur la chambre à plasma. Pour cela, un cylindre thermorégulé a été réalisé afin de favoriser la réévaporation des particules fixées. Il est ainsi possible d'augmenter l'efficacité globale d'ionisation d'au moins un facteur 2 et de mesurer l'augmentation de l'efficacité en fonction de la température de la paroi
In the framwork of the SPIRAL2 project, the Electron Cyclotron Resonance Ion Source PHOENIX V3 (upgrade of the previous source PHOENIX V2) has been developed to improve the production of highly charged ions with A/Q=3. The ion source mainly aims at the production of metal ion beams. For this, condensable atoms are sublimated into oven before being injected into the ion source. During the production of such ion beams, the major part of atoms travel towards the plasma chamber wall and remains there. Those losses lead to low global ionization efficiency (of the order of ten percent).An hybrid code PIC (Particle In Cells) was developed to study the dynamic of charged particles and to reproduce the experimental A/Q spectrum produced by the PHOENIX V3 ion source. The simulation focuses on the propagation of ions in 3D. Using several adjustable parameters, the simulation outcomes fit the charge state distribution at the exit of the ion source. This code has provided encouraging results.In parallel with the simulation study of particle dynamic in the plasma, a series of simulations have been run to reproduce the operation of an oven leading to the emission of metallic atoms. The outcomes of the simulations allow analysis of the angular distribution of the particles leaving the hot crucible. The angular distributions provided by the simulations are compared with those obtained through experimental measurements.An experimental study was also initiated to reduce the sticking time of the metal atoms on the plasma chamber. For this, a thermoregulated cylinder has been designed and realised to promote the re-evaporation of fixed paricles. It is thus possible to increase the global ionization efficiency by a factor 2 at least and to study the variation of the efficiency as a fonction of the cylinder temperature

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Ahammou, Brahim. "Control of the mechanical and optical properties of SiNx-based films for optical and strain engineering applications." Electronic Thesis or Diss., Université de Rennes (2023-....), 2023. https://ged.univ-rennes1.fr/nuxeo/site/esupversions/1e39bf0e-e06f-4457-a06f-b08b11c3bef6.

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Abstract:

Les couches minces à base de nitrure de silicium (SiNx) ont été reconnus comme des diélectriques essentiels dans l'industrie microélectronique et optoélectronique en raison de leurs propriétés intéressantes. Dans cette thèse, nous décrivons comment contrôler l'indice optique et les propriétés mécaniques des couches de SiNx et d'oxynitrure de silicium (SiOyNx) en ajustant les paramètres du processus de dépôt. Nous utilisons deux types de réacteurs de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma : un réacteur standard à couplage capacitif avec excitation radiofréquence et un réacteur à résonance cyclotron électronique avec excitation micro-onde. Nous discutons de la fabrication et de la caractérisation des structures multicouches comme application optique de nos couches minces. Nous focalisons sur la caractérisation et la compréhension des propriétés optiques de ces couches minces grâce à l’ellipsométrie spectroscopique. Nous étudions également expérimentalement leurs propriétés mécaniques en utilisant la technique de mesure de la courbure des substrats, la fabrication de microstructures et les mesures de nanoindentation. Enfin, nous montrons des mesures précises de la distribution des contraintes induites dans le GaAs lorsque de tels couches minces sont structurés sous forme de rubans allongées de largeur variable, en utilisant la lithographie optique et la gravure au plasma. Pour cela, nous cartographions la déformation anisotrope, en mesurant le degré de polarisation de la photoluminescence (PL) à intégration spectrale générée au sein du GaAs par excitation avec un laser rouge. La PL des semi-conducteurs cubiques massifs tels que le GaAs n'est pas polarisé, tandis que sous une contrainte anisotrope un certain degré de polarisation est produit. Ces cartographies ont été mesurées soit à partir de la surface du semi-conducteur, soit à partir de sections transversales clivées. Ils fournissent une image détaillée et complète de la déformation cristalline au voisinage de la couche contrainte structurée. Ensuite, nous avons effectué des simulations par éléments finis en essayant de reproduire les cartographies expérimentales. Nous pensons que notre schéma de simulation est utile pour la conception des composants photoniques, par exemple pour prédire les changements locaux de l'indice de réfraction dus à l'effet photoélastique
Due to their attractive properties, silicon nitride (SiNx) based films have been recognized as essential dielectric films in the microelectronic and optoelectronic industries. In this PhD thesis, we describe how we can control the refractive index and the mechanical properties of SiNx and silicon oxynitride (SiOyNx) films by tuning the deposition process parameters. We use two different plasma-enhanced chemical vapor deposition reactors: a standard capacitively coupled reactor with radiofrequency excitation and an electron cyclotron resonance reactor with microwave excitation. We discuss the fabrication and characterization of multilayer structures as an optical application of our thin films. We focus on characterizing and understanding these thin films’ optical properties through spectroscopic ellipsometry. We also study their mechanical properties experimentally using the wafer curvature measurement technique, microstructure fabrication, and nanoindentation measurements. Finally, we show accurate measurements of the strain distribution induced within GaAs wafers when such thin films are structured in the shape of elongated stripes of variable width, using standard optical lithography and plasma etching. For this, we map the anisotropic deformation, measuring the degree of polarization of the spectrally integrated photoluminescence (PL) generated within GaAs by excitation with a red laser. PL from bulk cubic semiconductors such as GaAs is unpolarized, whereas anisotropic strain produces some degree of polarization. These maps were measured either from the semiconductor surface or from cleaved cross-sections. They provide a detailed and complete image of the crystal deformation in the vicinity of the structured stressor film. Then, we performed some finite element simulations trying to reproduce the experimental maps. We believe our simulation scheme is helpful for designing the photonic components, e.g., to predict the local changes in the refractive index due to the photoelastic effect

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GAUDIN, CHRISTELLE. "Emission de rayons x dans un plasma ecr (electron cyclotron resonance) en vue d'applications medicales." Toulouse 3, 1999. http://www.theses.fr/1999TOU30089.

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Abstract:

Nous avons developpe et etudie une nouvelle source de rayons x (dans la gamme 10-100 kev) en utilisant un plasma a la resonance cyclotronique des electrons. Le dispositif experimental a ete concu et ameliore afin d'obtenir une source a la fois compacte, stable et plus intense. Pour etudier le transfert d'energie de l'onde incidente aux electrons, nous avons d'abord calcule numeriquement la trajectoire des particules dans un champ magnetique homogene et obtenu la dependance de l'energie maximale de l'electron en fonction du champ electrique de l'onde. De plus, nous avons considere un processus de conversion de mode de l'onde electromagnetique incidente en onde de bernstein. Plusieurs etudes experimentales ont ete realisees sur le plasma de la source. Un anneau d'electrons energetiques, dans le plan median du miroir magnetique, a ete mis en evidence avec une camera stenope. Les populations ionique et atomique ont ete etudiees par spectroscopie dans le visible ; la densite et la temperature des zones externes du plasma ont ete estimees par sonde de langmuir. Les electrons energetiques, qui nous interessent particulierement pour produire des rayons x medicaux, ont ete caracterises par un diagnostic fonde sur l'analyse des spectres de bremsstrahlung. Nous avons montre l'influence des parametres de fonctionnement de la source (pression, puissance micro-onde, configuration magnetique) sur l'energie et sur l'intensite du rayonnement x produit par le plasma. Ensuite, pour augmenter l'intensite du rayonnement x, une cible a ete interposee de maniere judicieuse dans l'anneau d'electrons energetiques. Les resultats (dosimetrie, analyse des spectres en energie, etude de la taille du foyer) ont ete discutes du point de vue des applications medicales en radiologie et mammographie. Nous avons realise plusieurs types de radiographie.

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Marie-Jeanne, Mélanie. "Investigation des performances d'un élévateur de l'état de charge par ECR à ISOLDE : une étude du scénario 1+ n+ pour les installations ISOL de la prochaine génération." Phd thesis, Grenoble 1, 2009. http://www.theses.fr/2009GRE10026.

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Abstract:

Le travail que je décris ici fut effectué à ISOLDE, au CERN. Il vise à établir un rapport objectif des performances actuelles des sources d'ions à Résonance Electronique Cyclotronique (ECR) utilisées en tant qu'élévateurs d'état de charge, à la fois avec des faisceaux d'ions stables et radioactifs. Au préalable, j'ai entrepris quelques développements techniques pour améliorer le dispositif et conduire les tests dans des conditions optimales. Ce rapport détaille la majeure partie de ces développements qui concerne la pureté du faisceau. Puis, j'ai achevé le programme de mesure des efficacités d'élévation d'état de charge pour divers isotopes avec des modes de fonctionnement différents. J'ai analysé les résultats de ces expériences et les ai comparés aux performances actuelles des autres méthodes d'élévation d'état de charge. Finalement, je présente les conclusions que l'on peut tirer de cette étude concernant les choix à effectuer pour les futurs post-accélérateurs dans les installations de type ISOL. La discussion s'étend aux applications immédiates, pour les expériences de physique, des faisceaux radioactifs d'ions épluchés par ECR
The work described here was performed at ISOLDE, CERN. It aimed at giving an objective report of the current performances of Electron Cyclotron Resonance (ECR) ion sources used as charge breeders, with both stable and radioactive ion beams. As a prerequisite, some technical developments were undertaken during the PhD thesis to improve the setup and to lead the tests with optimal conditions. A major part of these developments concerns beam purity, and is detailed in this thesis. Then, measurements of the charge breeding efficiencies of various isotopes were completed with different charge breeding modes. Results of these experiments are analyzed and compared to the current performances of other types of charge breeding methods. At the end, some conclusions are drawn from this investigation in perspective of the choices to make for future ISOL postaccelerators. The discussion is extended to the immediate application of ECR charge bred radioactive ion beams to physics experiments

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Khallaayoune, Jamal. "Dépot d'oxyde de silicium aplanissant par plasma multipolaire micro-onde à résonance cyclotronique électronique répartie." Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015), 1992. http://www.theses.fr/1992GRE10153.

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Abstract:

Dans cette etude, nous avons utilise un plasma multipolaire microonde pour deposer l'oxyde de silicium a partir du melange sih#4/o#2 a basse temperature (< 400c) ; le plasma est genere par resonance cyclotronique electronique repartie (rcer) a basse pression (< 10 mtorr). Nous avons etudie l'influence des parametres du procede, tels que les debits des gaz, la puissance microonde, l'energie des ions, la temperature,. . . , sur les proprietes physico-chimiques et electriques de ces oxydes. Il a ete ainsi possible de determiner les conditions d'obtention de couches presentant des caracteristiques proches de celles de la silice thermique. Le plasma rcer permet de dissocier la polarisation du substrat de la creation du plasma, et donc de controler independamment l'energie des ions. La planarisation des oxydes deposes par rcer resulte d'une competition entre le depot et la gravure par pulverisation. Dans un premier temps, nous avons etudie l'evolution topologique d'une surface lors de la gravure par pulverisation. Dans le cas du depot aplanissant, les effets topologiques observes indiquent une tres forte influence de la gravure par pulverisation. La reduction de dimensions des dispositifs entraine une augmentation du rapport de forme (hauteur/largeur) des tranchees que les procedes cvd ne peuvent remplir sans formation de cavite. Ici encore, en maitrisant la competition entre le depot et la gravure par pulverisation, nous avons considerablement deplace la limite de formation de cavite (rapport de forme > 2). Les resultats developpes dans ce memoire confirment le potentiel technologique de ce procede pour les nouvelles generations de composants de tres faible dimension.

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Bernard, Corine. "Etude d'un plasma à résonance cyclotron électronique par spectroscopie dans la gamme du visible." Lyon 1, 1996. http://www.theses.fr/1996LYO10274.

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Abstract:

Une nouvelle source d'ions a resonance cyclotron electronique est developpee pour de l'implantation ionique. Cette source compacte, realisee entierement en aimants permanents emploie un generateur micro onde d'une frequence de 2,45#g#h#z afin de diminuer son cout. Un acces direct au plasma permet l'injection d'echantillons metalliques dans le plasma qui sont evapores soit directement, soit par l'intermediaire d'un micro four, pour creer des faisceaux d'ions metalliques. Dans un but de comprehension et d'amelioration des sources, on etudie des plasmas d'helium pur, d'argon, ou de melange helium argon, pour deux sources d'ions productrices de moyens etats de charge et d'ions multicharges. Divers diagnostics sont utilises pour cette etude: l'interferometrie micro onde, la spectroscopie visible et la spectrometrie de masse. Ces diagnostics conjugues de maniere simultanee permettent de determiner la densite moyenne d'elecrons libres a l'interieur du plasma, et de l'energie moyenne des ions, et les especes ioniques extraites de la source. Le diagnostic de spectroscopie visible permet de mettre en evidence a l'interieur du plasma et de maniere passive l'evolution des particules neutres et des ions, ainsi que la presence d'atomes (d'ions) fortement excites. L'etude de rapports d'intensite de raies d'emission de l'helium est realisee, afin d'etablir l'ordre de grandeur de l'energie moyenne des electrons du plasma. Une etude similaire effectuees sur des raies de l'argon montre de maniere qualitative que la temperature electronique est plus forte en melange de gaz qu'en argon pur. A partir de l'etude de la largeur a mi hauteur des raies d'emission, on verifie pour la premiere fois dans des sources d'ions de fort confinement magnetique, que la temperature ionique est faible et resulte de l'echange d'energie entre les electrons et les ions et d'un effet d'acceleration des ions par des champs electriques

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Zaïm-Bilheux, Hassina. "Design and initial comparative evaluation studies of conventional "surface" and new concept "volume"-type, all permanent magnet electron cyclotron resonance (ECR) ion sources." Versailles-St Quentin en Yvelines, 2003. http://www.theses.fr/2003VERS0008.

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Abstract:

Les sources d'ions à "Résonance cyclotronique d'électrons"(RCE)constituent, à l'heure actuelle, le meilleur choix parmi les sources existantes en ce qui concerne la production des faisceaux continus d'ions positifs hautement chargés. Ces sources produisent des rapports charge-sur-masse très élevés (jusqu'à 0,35 pour l'uranium) et des intensités par charge du [microampère] au mA, ce qui fait leur succès auprès des accélérateurs d'ions lourds à haute énergie. Depuis la naissance du concept dans les années 1970, leurs performances ont régulièrement progressé (amélioration du confinement du plasma, utilisation d'ondes électromagnétiques à fréquence élevée, amélioration de la qualité du vide, addition d'électrons "froids", disque polarisé, effet Malter et utilisation d'un gaz plus léger). Récemment, il a été suggéré que les performances des sources RCE pouvaient être notablement améliorées en augmentant le volume de résonance soit en étendant la zone d'induction résonante soit en élargissant la bande HF de l'onde. Une source RCE à aimants permanents fonctionnant à la fréquence 6 GHz, avec la possibilité de créer un large volume de plasma résonant, a été dessinée, construite et testée au Laboratoire National d'Oak Ridge (ORNL), en avant-première. Le champ magnétique est flexible, de sorte qu'il peut être configuré en champ plat("volume") ou en champ conventionnel à B minimum ("surface") afin de pouvoir comparer directement les performances des deux types de sources dans des conditions expérimentales équivalentes. Les résultats expérimentaux préliminaires montrent que la source à champ plat surpasse celle en champ conventionnel, en terme de distribution de charge et d'intensité
ECR ion sources are clearly the best choice of existing sources for the generation of CW beams of highly charged ions, and therefore, they are at a premium for high-energy accelerator-based applications. The technology of the source has slowly but steadily advanced over the past several years (improvement in plasma confinement; use of very high frequency microwave radiation; improvement in vacuum quality; supplementing their plasma discharges with cold electrons; biased disks; and gas mixing effect). Recently, it has been suggested that their performances can be significantly further enhanced by incresing the physical sizes of their ECR zones in relation to the sizes of their plasma volumes (spatial and frequency domain methods). A 6 GHz, all-permanent magnet ECR ion source with à large resonant plasma volume has been designed, constructed and initially tested at the Oak Ridge National Laboratory. The conventional minimum-B("surface") resonance conditions so that direct comparaisons of the performances of the two source types can be made under identical operating conditions. According to initial test results, the flat-B source performs better than its conventionnal-B conterpart, in terms of charge-state distribution and intensity within a particular charge-state. This is attributable to the very large ECR zones present in the source and their locations with respect to the launch direction of the RF power

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Duez, Nicolas. "Contribution à l'étude de la nitruration de l'aluminium et du silicium par plasma d'azote en résonance cyclotronique électronique répartie." Lille 1, 2000. http://www.theses.fr/2000LIL10188.

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Abstract:

Dans ce travail, les potentialites d'utilisation d'un plasma d'azote a la resonance cyclotronique electronique repartie (rcer) pour nitrurer l'aluminium et le silicium ont ete etudiees. La nitruration est une technique d'enrichissement en azote mettant en jeu a la fois une conversion chimique superficielle conduisant a la formation de nitrure, l'implantation d'especes reactives energetiques et une diffusion de l'azote en solution interstitielle. L'aluminium ou les alliages a base d'aluminium sont souvent choisis pour leur legerete et pour leur usinabilite aisee. Toutefois, l'utilisation de ce metal est limitee a cause de ses proprietes tribologiques mediocres. Dans le cadre du durcissement de ce metal, la formation d'une couche superficielle de nitrure apparait comme une bonne alternative. Le silicium est essentiellement employe pour des applications dans le domaine de l'electronique a cause de son caractere semi-conducteur. L'incorporation d'azote dans ce materiau permet entre autre d'en modifier les proprietes electroniques. Cette etude est essentiellement basee sur des analyses realisees par spectroscopie de photoelectrons induits par rayons x (xps). Les resultats sont renforces par des analyses complementaires realisees par microscopie electronique a balayage (meb), spectroscopie infrarouge a transformee de fourier (ftir), tensiometrie et nanoindentation. Les aspects mecanistiques de la nitruration de l'aluminium et du silicium sont abordes en prenant en compte les phenomenes d'implantation et de diffusion. Une estimation des coefficients de diffusion de l'azote et de l'oxygene dans l'aluminium est proposee.

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LE, COEUR FREDERIC. "Décharges excitées à la résonance cyclotronique électronique distribuée et générateurs à transformateur d'imulsions pour implantation ionique par immersion plasma." Grenoble INPG, 1999. http://www.theses.fr/1999INPG0127.

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Abstract:

La technique d'implantation ionique par immersion plasma (piii) consiste a appliquer a un substrat conducteur plonge dans le plasma des impulsions negatives haute tension. Les ions positifs presents dans le plasma sont alors acceleres vers la surface du substrat ou ils sont implantes. Les principaux avantages de la technique piii par rapport a l'implantation par faisceau d'ions sont de pouvoir traiter facilement des formes complexes ou des grandes surfaces, et de preparer les surfaces sous bombardement ionique de faible energie avant l'etape d'implantation. Par contre, la selection des ions en masse n'est pas possible. En raison de l'expansion de la gaine ionique (quelques dizaines de cm), des volumes importants de plasma a bas pression autour du substrat sont necessaires. Pour cette raison, les decharges multipolaires, qui permettent une ionisation peripherique face au substrat et autorisent l'extension d'echelle des plasmas a basse pression, sont bien adaptees au procede piii. Cependant, l'utilisation des filaments pour produire des plasmas reactifs dans les structures multipolaires doit etre supprimee au profit des sources plasmas decr (resonance cyclotronique electronique distribuee). Le principe et les performances des plasmas decr sont presentes. Pour produire les impulsions haute tension - fort courant necessaires au procede piii, des generateurs utilisant des transformateurs d'impulsions, ou la tension au primoire est pilotee par des commutateurs a transition et ou l'energie est stockee a basse tension, ont ete developpes. Les performances enregistrees avec ce type de generateur d'impulsions (100 kv - 100 a) ont ete obtenues d'abord sur une resistance test, plus sur un substrat plonge dans un plasma. Finalement les potentialites et les performances du dispositifs d'implantation sont demontrees a partir de quelques exemples d'applications choisis pour leur caractere illustratif.

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Mage, Lucile. "Caractérisation d'un réacteur plasma de type résonance cyclotronique électronique à antenne longue : évaluation du réacteur pour un processus de dépôt." Toulouse 3, 1997. http://www.theses.fr/1997TOU30174.

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Abstract:

Le sujet porte sur la caracterisation d'un reacteur plasma de type rce de grande longueur. L'outil de diagnostic employe est constitue d'un ensemble de six sondes electrostatiques de langmuir reparties le long du reacteur. Dans une premiere partie du sujet, nous avons presente les differentes etapes qui ont abouti a la mise au point du systeme automatique d'acquisition de la caracteristique i(v). Afin de pouvoir utiliser ce diagnostic en plasma de depot, nous nous sommes attaches a developper un systeme d'acquisition rapide (2000 points en 0. 33s) auquel est adjoint un module de degazage. Un programme de traitement numerique de la caracteristique recueillie a ete developpe. Grace a ce diagnostic que nous avons tout d'abord, employe en plasma d'argon, nous avons reussi a mieux cerner le fonctionnement particulier de notre reacteur. La presence d'une piste magnetique assurant le confinement des especes chargees induit une derice des electrons et des ions le long du reacteur. Nous avons constate que seule la configuration du reacteur permettant a la derive d'entrainer les electrons dans le sens de l'attenuation de l'onde conduit a une condition de decharge relativement homogene en densite. Dans la bonne configuration, une repartition correcte de la densite le long de l'antenne est conditionnee par un couple pression-puissance. Pour realiser des couches minces, nous avons employe un compose organosilicie, l'hexamethyldisiloxane (hmdso). Une condition de decharge relativement homogene en densite n'entraine pas un depot aussi uniforme le long du reacteur. Il semble que la cinetique de croissance ne soit pas seulement correlable a la densite des electrons mais aussi a leur energie. De plus, l'agencement actuel d'une part du systeme de pompage et d'autre part, du systeme d'introduction de gaz, ne favorisent pas l'homogeneite des depots. Les analyses infrarouges n'ont pas montre de modifications significatives de la composition des films.

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Vialis, Théo. "Développement d’un propulseur plasma à résonance cyclotron électronique pour les satellites." Thesis, Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS344.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte sur le propulseur électrique de type ECR (résonance cyclotron électronique) développé à l’ONERA. Ce propulseur quasi-neutre, qui utilise une tuyère magnétique pour accélérer le plasma, produit une poussée d’environ 1 mN pour des puissances inférieures à 50 W. Dans cette thèse, on se propose de développer et d’optimiser les diagnostics de mesure des performances du propulseur ECR, d’identifier les paramètres expérimentaux pouvant influencer les performances et d’améliorer la compréhension des phénomènes physiques ayant lieu dans le propulseur. Ces objectifs ont pour finalité l’amélioration des performances. Pour répondre à ces objectifs, plusieurs prototypes à aimant permanent ont été développés, et une balance permettant de mesurer directement la poussée a été modifiée pour caractériser le propulseur. Différentes études paramétriques ont été conduites, qui ont montré que les performances dépendaient directement du rapport entre le débit de xénon et la puissance micro-onde injectée. Il a également été observé que la longueur du conducteur externe de la source plasma et la pression ambiante ont une influence significative sur le niveau de performance. Après optimisation de la géométrie, un rendement total supérieur à 12 % a été obtenu. Des mesures séparées de la poussée thermique et magnétique ont permis de montrer que la composante magnétique était la contribution principale de la poussée dans tous les cas testés. Un code PIC 1D-3V a été utilisé pour simuler le comportement du propulseur, et a permis de reproduire le chauffage des électrons par résonance et l’accélération des espèces chargées dans la tuyère. L’ensemble des travaux ont mis en avant le rôle des composantes parallèle et perpendiculaire de la pression électronique
Electric propulsion is an alternative technology to the chemical propulsion that enables reducing propellant consumption for satellites. ONERA is developing an electric ECR thruster with a thrust around 1 mN and an electric power less than 50 W. The thruster creates a plasma by electron cyclotron resonance and accelerates it through a magnetic nozzle. In this thesis work, an optimization of the measurement diagnostics is done. The work also aims at identifying the important parameters for the performances of the thruster and at improving the understanding of underlying physics, in order to increase the thruster efficiency. Several prototypes have been developed and a thrust stand that can directly measure the thrust has been modified. Some parametric studies have been led and have shown that the thruster performance strongly depends on xenon mass-flow rate to microwave power ratio. It has also shown that the external conductor of the plasma source and the ambient pressure have a significant influence on the performances. Following a geometric optimization, a maximum total efficiency of more than 12% has been obtained. Separate measurements of the magnetic and thermal thrust have shown that the magnetic thrust is the main component of the total thrust. A 1D-3V PIC code has been used to simulate the behavior of the thruster. The analysis of the results has shown that the ECR heating and particle acceleration in the magnetic nozzle could be properly computed. The role of the parallel and perpendicular component of electron pressure has been evidenced by this work

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Delsol, Régis. "Etude de la croissance et des propriétés des couches minces organosiliciées, obtenues dans un plasma multipolaire à résonance cyclotronique électronique répartie." Toulouse 3, 1995. http://www.theses.fr/1995TOU30021.

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Abstract:

Le sujet porte sur l'etude des vitesses de croissance et sur la caracterisation de couches minces organosiliciees, obtenues dans un plasma multipolaire a resonance cyclotronique electronique repartie. Le milieu gazeux est compose de tetraethylorthosilicate et d'oxygene moleculaire. Dans la premiere partie du sujet, les coefficients de dissociation apparents du tetraethylorthosilicate et de l'oxygene moleculaire sont mesures par spectrometrie de masse. Des les faibles puissances (100 watt), le tetraethylorthosilicate est totalement dissocie. En revanche, 50% de l'oxygene atomique reste detectable pour une puissance de 800 watt. Les pressions de travail sont comprises entre 0,05 pa et 0,2 pa. Au-dessous de ces valeurs la decharge ne peut se declencher, au-dessus les collisions empechent l'extension du plasma dans le reacteur. A partir de ces observations et de la mesure des vitesses de croissance pour diverses conditions d'elaboration (pression, puissance, composition du melange gazeux), un modele de croissance est propose. Il suppose une recombinaison des radicaux organosilicies de la phase gazeuse sur les surfaces, et un phenomene de gravure des films par l'oxygene atomique de la decharge. Dans la deuxieme partie du sujet, une polarisation radio-frequence est imposee aux substrats traites. Les couches deposees sont analysees par spectroscopie infra-rouge en transmission et caracterisees par mesures dielectriques. L'effet de synergie entre la gravure chimique par l'oxygene atomique et le bombardement ionique du a la polarisation des substrats, elimine la partie organique des films. Des couches de type siox sont obtenues. Les proprietes dielectriques de ces couches dependent des conditions d'elaboration et de la polarisation des substrats. Pour un plasma contenant 75% d'oxygene moleculaire et 25% de tetraethylorthosilicate et pour une polarisation de -20v, les films obtenus sont proches de la silice thermique (permittivite relative de 4 et pertes dielectriques de 4 10#-#3 a 1 khz)

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Diers, Mathieu. "Conception, étude et optimisation de nouvelles sources plasma à la résonance cyclotronique électronique. Application aux dépôts par voie chimique et par pulvérisation." Phd thesis, Université de Grenoble, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00782845.

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Abstract:

Le groupe HEF (Hydromécanique Et Frottements), premier équipementier et façonnier français en traitements de surface par plasmas hors microélectronique, utilise dans ses procédés industriels des sources plasma micro-onde multi-dipolaires fonctionnant sur le principe de la résonance cyclotronique électronique pour la réalisation de dépôts de type DLC par PACVD, et pour l'assistance ionique à la croissance de couches CrN par pulvérisation magnétron réactive. Suite à la présentation de l'utilisation de ces sources pour des dépôts de DLC et des ajustements nécessaires pour leur mise en œuvre industrielle, les travaux de cette thèse portent sur le développement de nouvelles sources plasma micro-onde en vue d'améliorer l'uniformité des traitements de surface dans le volume du réacteur ainsi que la productivité des réacteurs plasma pour le dépôt de ces couches. Les résultats obtenus sont intéressants puisque le développement d'une source étendue a permis d'augmenter la vitesse de dépôt des couches DLC sans dégradation des propriétés mécaniques et d'obtenir une uniformité similaire à celle obtenue avec les sources multi-dipolaires en utilisant deux fois moins d'applicateurs micro-onde. Les réflexions portant sur l'amorçage du plasma ont permis d'identifier les voies d'amélioration de cette source pour valider son utilisation en milieu industriel. L'utilisation de cette source étendue pour l'assistance ionique à la croissance de couches telles que le nitrure de chrome CrN par pulvérisation magnétron réactive a démontré un potentiel intéressant en termes de propriétés mécaniques obtenues et a permis d'identifier des axes de développement de cette configuration.

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Nyckees, Sébastien. "Etude et développement d'une nouvelle source ECR produisant un faisceau intense d'ions légers." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00826838.

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Abstract:

Cette thèse entre dans le cadre de l'étude et la conception d'une nouvelle source ECR d'ions légers au sein du LEDA (Laboratoire d'Etudes et de Développement des Accélérateurs - CEA Saclay), nommée ALISES (Advanced Light Ions Source Extraction System). Dans un premier temps, la conception magnétique, électrique et mécanique de la nouvelle source est décrite. Ensuite, des simulations ont été effectuées afin de déterminer la réduction du grossissement d'émittance en tenant compte de la réduction de la longueur de la LBE (Ligne Basse Energie) apportée par la source ALISES. Cette source permettant aussi de réaliser une étude sur les dimensions de la chambre plasma cylindrique, des simulations ont été effectuées afin de mieux comprendre l'interaction entre l'onde radiofréquence et le plasma. Par la suite, les expériences réalisées sur la source ALISES ont permis de mettre en évidence, de comprendre et de résoudre les problèmes de décharges Penning dans le tube accélérateur. Les mesures réalisées sur le plasma ont permis de dégager l'hypothèse que les électrons sont chauffés à l'entrée de la chambre plasma puis thermalisés sur toute sa longueur afin d'atteindre une énergie correspondante au maximum de la section efficace d'ionisation du dihydrogène.

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Chen, Zhaoxi. "Développement d'un contact haute-fréquence pour les antennes à résonance cyclotronique ionique d'ITER : validation mécanique et matériaux." Thesis, Toulouse 3, 2018. http://www.theses.fr/2018TOU30339.

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Abstract:

L'objectif du projet ITER est de démontrer la faisabilité scientifique et technique de la fusion nucléaire à des fins énergétiques. Pour obtenir les réactions de fusion, un plasma chauffé à 150 millions de degrés doit être confiné par un champ magnétique de plusieurs teslas en quasi-continu. Pour obtenir ces températures, des antennes radiofréquences (RF) injectent des ondes électromagnétiques de forte puissance dans le plasma, en particulier entre 40 et 55 MHz aux fréquences de résonance cyclotron des ions. L'assemblage et la dilatation thermique en fonctionnement de ces antennes sont rendus possibles par des contacts électriques glissants. Ces contacts doivent supporter un courant RF crête de 2.25 kA en régime stationnaire, dans un environnement sous vide et pendant toute la durée de fonctionnement de l'antenne. De plus, les matériaux de ces contacts doivent être compatibles avec la température de 250°C utilisée pour l'étuvage de la machine pendant plusieurs milliers d'heures cumulées. Ces contacts RF sont donc des composants critiques pour les performances de l'antenne. Aucun contact électrique du commerce n'a jusqu'à présent été qualifié pour ces spécifications et un effort particulier a donc été porté dans le cadre de ce travail de thèse afin de développer une solution satisfaisante. Le choix des matériaux et des revêtements utilisés pour ces contacts a fait l'objet de la première partie de cette étude. Pour ce faire, un modèle multi-physique tenant compte des paramètres RF, mécaniques et thermiques a été développé. À la suite de cette étude, des premiers couples de matériaux et de revêtements ont été sélectionnés. Les propriétés d'échantillons représentatifs ont été caractérisées par des mesures réalisées au laboratoire CIRIMAT avant et après un vieillissement thermique simulé. Afin d'évaluer le comportement électrique et tribologique de ces paires de matériaux dans les conditions de fonctionnement d'ITER, un tribomètre sous vide a été spécifiquement conçu et utilisé pendant ce travail de thèse.[...]
Ion Cyclotron Resonance Heating (ICRH) is one of the most important plasma heating methods in magnetically confined fusion experiments. In ITER, two ICRH antennas are designed to supply 20 MW of Radio-Frequency (RF) power at 40-55 MHz to heat the plasma. RF sliding contacts are used in the antennas to allow their remote handling assembly and to improve their maintainability, as well as to absorb the thermal expansion of the RF conductors during operations. One of the RF contacts is designed to be operated at 2.25 kA in steady-state (1200 s), with a current density of 4.8 kA/m. With such current levels, high heating occurs at the contact area which threatens the structural and material safety of the RF contacts and constrain their life time. In addition, before operation of the ITER ICRH antennas, all the in-vessel structures will be baked at 250°C during thousands of cumulated hours for outgassing. In CEA, R&D work on RF contact development has been carried out for 10 years. Recently, Ag-coated CuCrZr louvers RF contact prototype based on Multi-Contact LA-CUT commercial contact configuration was tested on TITAN test-bed. 1500 A, 1200 s steady-state operation was achieved. However, due to burn failure, the RF contact prototype couldn't reach 1200 s steady-state under 2 kA as expected. In order to improve the performances of the RF sliding contacts to match ITER requirements, failure mechanisms of RF contacts during RF operations were analyzed and possible materials or coated systems that can be used for RF sliding contacts compatible with the ITER environment have been studied in detail within this thesis work. The effects of material selection, cooling parameter and contact resistance on louvers temperature have been modelled and simulated through finite element methods. Moreover, functional coatings like Ag, Au, Rh and their alloys were manufactured by electroplating on 316L and CuCrZr, which are commonly used as base materials on tokamak. By mimicking the ITER baking conditions, the coated samples were thermal aged under vacuum at 250ºC for 500 h, after which the materials properties evolution such as hardness, grain size and adherence was characterized. In addition, the coating life time has been evaluated through cross-sectional diffusion characterizations.[...]

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Gaudart, Georges. "Etude de la population électronique énergétique d'une source d'ions à résonance cyclotron des électrons." Université Joseph Fourier (Grenoble), 1995. http://www.theses.fr/1995GRE10197.

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Abstract:

Le but de cette these est d'etudier la population electronique energetique d'une source d'ions a resonance cyclotron des electrons. Le diagnostic choisi pour l'etude de ces electrons energetiques est la detection du rayonnement de freinage. L'experience a tout d'abord ete realisee et montee sur la source quadrumafios qui a ete concue pour des etudes de physique et qui permet l'implantation de nombreux diagnostics. Les distributions trouvees pour ces electrons energetiques sont non maxwelliennes et l'energie moyenne des particules peut atteindre plusieurs centaines de kev. Par ailleurs la mesure du rayonnement de freinage en plusieurs points du plasma a permis de montrer que la fonction de distribution etait essentiellement dependante de la dynamique perpendiculaire des electrons par rapport au champ magnetique. Il est vrai que l'onde haute frequence (10 ghz et 18 ghz dans le cadre de cette etude) communique aux electrons une energie essentiellement perpendiculaire par rapport au champ magnetique. En parallele a ce travail experimental, un code de calcul de la fonction de distribution electronique a ete developpe. Dans un cadre unidimensionnel (vitesse perpendiculaire uniquement), non relativiste, ce code integre un certain nombre d'ingredients physiques pour modeliser la fonction de distribution electronique (chauffage des electrons par l'onde hf, pertes des electrons dans le cone de pertes, source d'electrons par ionisation, terme de relaxation entre electrons)

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Maunoury, L. "Contribution au développement des sources d'ions de type Résonance Cyclotronique Electronique. Applications des ions multichargés à des expériences de Physique Atomique et des Surfaces." Habilitation à diriger des recherches, Université de Caen, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00936865.

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Abstract:

Les sources d'ions de type RCE sont issues de la recherche sur la fusion et ont, en quelques sorte, révolutionnées le domaine des sources d'ions multichargés. Ces équipements ont permis à la fois d'augmenter les performances des accélérateurs actuels (énergies, type d'ions, intensités) permettant par la même l'exploration de nouveaux domaines de Physique (matériaux, agrégats etc...) comme d'ouvrir de nouvelles voies plus applicatives : hadronthérapie, traitement de surface, etc... Ce mémoire expose les développements réalisés au GANIL / CIMAP sur les développements techniques et théoriques de ce type d'équipement afin de proposer de nouvelles versions soit plus performantes soit plus versatiles dans leurs applications / utilisations. Dans ce mémoire trois exemples d'utilisation de sources RCE sont développés : utilisation des ions multichargés comme sonde pour l'étude Physique des agrégats de fullerènes ; production de faisceaux d'ions multichargés mais de taille micrométriques et la modification des propriétés physiques d'une surface de Ti-6Al-4V grâce à l'implantation d'ions multichargés multiénergies. Gageons que toutes les études et développements autour de ces sources verront voir l'apparition de nouvelles applications prometteuses aussi bien dans le domaine de la Physique fondamentale que dans celui d'applications sociétales.

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Calafat, Maria. "Formation de poudres dans des décharges d'acétylène en plasma micro-ondes multipolaire excité à la résonance cyclotronique électronique répartie : étude des nanocomposites carbone-carbone et leurs applications." Toulouse 3, 2008. http://thesesups.ups-tlse.fr/531/.

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Abstract:

Ce travail s'est focalisé sur l'étude des procédés PMM-RCER d'acétylène par l'intermédiaire d'analyses de la décharge, de l'interaction plasma-surface et des matériaux déposés. Plusieurs analyses ont montré la présence de poudres dans des décharges acétylène en PMM- RCER. Ainsi, nous avons caractérisé les poudres et nous avons défini des hypothèses sur les mécanismes de formation en PMM-RCER. Les poudres formées dans la décharge d'acétylène ont un diamètre de l'ordre de 200 nm, leur densité dans le plasma évolue avec la puissance micro-onde et le temps de résidence. Elles possèdent une structure très hybridée sp2 contenant un cœur métallique. En parallèle avec ce mécanisme de volume, les parois du réacteur se recouvrent d'une couche mince de carbone amorphe hydrogénée. Ainsi, en piégeant les poudres dans la matrice hydrocarbonée, il est possible de réaliser des matériaux nanocomposites carbone-carbone à propriétés originales. Quelques applications potentielles de ces matériaux ont été étudiées
A thorough study of the MMP-DECR proceedings with acetylene has been carried out by analyzing the discharge, the plasma-surface interaction and the deposited materials. Several analysis showed the presence of powders in MMP-DECR acetylene discharges. Thus, in this work we have characterized these powders and we present the hypothesis of particle formation in MMP-DECR proceedings. The particles formed in the discharge have a diameter of approximately 200 nm, their formation rate shows a dependence with plasma power and residence time. Their structure consists in a metal core covered with a sp2-hybridised carbon structure. At the same time, an amorphous carbon thin film is deposited on the reactor walls. Thus, by trapping the particles in this hydrocarbon matrix we can elaborate nanocomposite materials with interesting properties. Some potential applications for these materials are explored in the final section of this work

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Nickees, Sébastien. "Etude et développement d’une nouvelle source ECR produisant un faisceau intense d’ions légers." Thesis, Paris 11, 2012. http://www.theses.fr/2012PA112426/document.

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Abstract:

Cette thèse entre dans le cadre de l’étude et la conception d’une nouvelle source ECR d’ions légers au sein du LEDA (Laboratoire d’Etudes et de Développement des Accélérateurs – CEA Saclay), nommée ALISES (Advanced Light Ions Source Extraction System). Dans un premier temps, la conception magnétique, électrique et mécanique de la nouvelle source est décrite. Ensuite, des simulations ont été effectuées afin de déterminer la réduction du grossissement d’émittance en tenant compte de la réduction de la longueur de la LBE (Ligne Basse Energie) apportée par la source ALISES. Cette source permettant aussi de réaliser une étude sur les dimensions de la chambre plasma cylindrique, des simulations ont été effectuées afin de mieux comprendre l’interaction entre l’onde radiofréquence et le plasma. Par la suite, les expériences réalisées sur la source ALISES ont permis de mettre en évidence, de comprendre et de résoudre les problèmes de décharges Penning dans le tube accélérateur. Les mesures réalisées sur le plasma ont permis de dégager l’hypothèse que les électrons sont chauffés à l’entrée de la chambre plasma puis thermalisés sur toute sa longueur afin d’atteindre une énergie correspondante au maximum de la section efficace d’ionisation du dihydrogène
This thesis is in the context of study and design of a new ECR light ion source on LEDA (Laboratory of Research and Development of Accelerators - CEA Saclay), named ALISES (Advanced Light Ions Source Extraction System). As a first step, the magnetic, electrical and mechanical design of the new source is described. Then, simulations were performed to determine the reduction of emittance growth taking into account the reduction of the length of the LBE (Low Energy Beam Line) provided by the source ALISES. With this source, it’s also possible to realize a study on the dimensions of the cylindrical plasma chamber. Simulations were performed to better understand the interaction between radiofrequency wave and plasma. Subsequently, experiments on the source ALISES helped highlight, understand and solve problems in the Penning discharges inside the accelerator column. Measurements performed on the plasma have yielded the assumption that the electrons are heated at the entrance of the plasma chamber and thermalized along its entire length to achieve an energy corresponding to the maximum of the ionization cross section for hydrogen

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Regnard, Guillaume. "Développement d'une nouvelle génération de plasmas micro-onde à conditions opératoires étendues." Thesis, Grenoble, 2011. http://www.theses.fr/2011GRENY060/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse a été réalisé au Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie (IN2P3) deGrenoble en collaboration avec le groupe Thalès avec pour objectif le développement d’une nouvellegénération de plasmas micro-onde fonctionnant sur une gamme de pression étendue allant de 0,5 mtorrà 10 torr en argon. La travail présenté porte donc en : i) la conception des applicateurs basés sur destronçons de longueur λ/4 faisant office de transformateurs d’impédance entre le générateur et leplasma d’impédance supposée donnée (adaptation d’impédance approchée); ii) la déterminationexpérimentale de l’impédance réelle du plasma (partie réelle et partie imaginaire) par mesure dumodule et de la phase du coefficient de réflexion dans des conditions opératoires définies; iii) leredimensionnement des différents tronçons de l’applicateur par simulation numérique en tenantcompte de l’impédance réelle du plasma; iv) la validation expérimentale de l’adaptation d’impédanceentre générateur et plasma. Les résultats obtenus démontrent clairement qu’il est possible, à fréquencedonnée (2.45 GHz dans le cas présent), de concevoir et de dimensionner une source plasma avec uneefficacité énergétique supérieure à 80% pour des fenêtres en pression (d’au moins une décade)équivalentes à des fenêtres opératoires en termes de paramètres plasma. Ces sources individuelles àabsorption localisée de micro-ondes peuvent être utilisées en nombre pour la réalisation des plasmasuniformes de grandes dimensions par leur distribution selon des réseaux à deux dimensions (sourcesplanes) ou à trois dimensions (volumes de plasma), et donc pour des applications industrielles auxtraitements de surface
This work was done in the « Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie (IN2P3,Grenoble) » during a collaboration with Thales. The aim of the project was the development of a newgeneration of microwave plasma with extended operating conditions in the pressure range 0.5 mtorr to10 torr in argon. The presented work consists of: i) designing applicators based on sections of λ/4length serving as impedance transformers between the generator and the plasma with impedance ofgiven assumed value (approximate impedance adaptation); ii) experimentally determine the realplasma impedance (the real part and the imaginary part) for given operating conditions from themeasurement of modulus and phase of the reflection coefficient S11; iii) resize the different sections ofthe applicator by digital simulation taking the real plasma impedance into account; iv) finally, verifyexperimentally that the impedance adaptation between the generator and the plasma is correct. Theobtained results clearly demonstrate that it is possible, at a given frequency (here 2.45 GHz), to designand size a plasma source with an efficiency greater than 80 % for a window in pressure (at least onedecade) equivalent to an operating window in terms of plasma parameters. These individual sourceswith localized absorption of microwaves can be used in numbers to achieve uniform plasmas via theirdistribution over two-dimensional (planar sources) or tri-dimensional (volume plasma) networks, andthus for industrial surface treatments

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Labrecque, Francis. "Development of radiation resistant plasma sources for rare isotopes production." Thesis, Université Laval, 2012. http://www.theses.ulaval.ca/2012/29103/29103.pdf.

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Biodedet, Lambert. "Intéraction d'une onde produite par un laser à électrons libres avec le plasma du tokamak alcator C : Étude numérique par la méthode des éléments finis." Nancy 1, 1988. http://www.theses.fr/1988NAN10021.

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Abstract:

Étude de l'intéraction d'une onde laser à électrons libres, polarisée sur le mode ordinaire, avec le plasma du tokamak alcator C. On considère le modèle "slab" pour la description spatiale du plasma toroïdal. Les résultats obtenus par un code à éléments finis confirment que la fonction de distribution des vitesses des particules se déforme au cours du temps et en chaque point de l'espace sous l'effet de l'onde. On note l'apparition d'effets quasi linéaires, qui réduisent localement l'absorption de l'énergie de l'onde. L'effet prédominant de l'absorption résonnante est l'augmentation de la température perpendiculaire des électrons dont la vitesse parallèle est de l'ordre de 3 fois la vitesse thermique

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Chergui, Mohammed. "Étude numérique de l'absorption et de l'émission d'ondes à la fréquence cyclotron électronique par un plasma de tokamak soutenu par radio-fréquence." Nancy 1, 1988. http://www.theses.fr/1988NAN10259.

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Abstract:

L'équation de dispersion est résolue en y injectant un modèle particulier de fonction de distribution des quantités de mouvement d'un plasma de tokamak. Les résultats obtenus sont en complet désaccord avec le modèle maxwellien, en particulier pour la disposition de l'énergie dans le cas de l'absorption, la température radiative dans le cas de l'émission et la fréquence d'intéraction onde-particule, qui est inférieure à la fréquence cyclotron électronique, ce qui présente plusieurs avantages techniques et une voie prometteuse pour le chauffage des plasmas de fusion

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Krivenski, Vladimir. "Étude cinétique relativiste du chauffage et de la génération de courant cyclotroniques électroniques dans un tokamak." Nancy 1, 1988. http://www.theses.fr/1988NAN10281.

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Wang, Junkang. "Novel Concepts in the PECVD Deposition of Silicon Thin Films : from Plasma Chemistry to Photovoltaic Device Applications." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLX079/document.

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Abstract:

Ce manuscrit présente l'étude de la fabrication de couches minces de silicium basée sur des différents types de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) pour des applications dans le photovoltaïque. Tout d'abord, nous avons combiné une chimie du plasma halogéné en utilisant un mélange de SiF4/H2 et la technique plasmas distributés matriciellement à résonance cyclotronique électronique (MDECR) PECVD pour le dépôt de μc-Si:H à grande vitesse. Nous trouvons que les conditions d'énergie ionique modérée sont bénéfiques pour obtenir une diminution significative de la densité des nano-vides, et ainis nous pouvons obtenir un matériaux de meilleure qualité avec une meilleure stabilité. Une méthode de dépôt en deux étapes a été introduite comme moyen alternatif d'éliminer la formation d'une couche d'incubation amorphe pendant la croissance du film. Ensuite, nous avons exploré la technique d'excitation Tailored Voltage Waveform (TVW) pour les processus plasma radiofréquence capacitivement couplé (RF-CCP). Grâce à l'utilisation de TVW, il est possible d'étudier indépendamment l'influence de l'énergie ionique sur le dépôt de matériaux à une pression de processus relativement élevée. Basé sur ce point, nous avons étudié le dépôt de μc-Si:H et a-Si:H à partir des plasma de SiF4/H2/Ar et de SiH4/H2, respectivement. A partir d'une analyse des propriétés structurelles et électroniques, nous constatons que la variation de l'énergie ionique peut directement traduite dans la qualité du matériaux. Les résultats se sont appliqués aux dispositifs photovoltaïques et ont établi des liens complets entre les paramètres de plasma contrôlables par TVW et les propriétés de matériaux déposé, et finalement, les performances du dispositif photovoltaïque correspondant. Enfin, nous avons trouvé que dans le cas du dépôt de couches minces de silicium à partir du plasma de SiF4/H2/Ar à l'aide de sawtooth TVW, on peut réaliser un processus de dépôt sur une électrode, sans aucun dépôt ou gravure. contre-électrode. Ceci est dû à deux effets: la nature multi-précurseur du processus de surface résultant et la réponse de plasma spatiale asymétrique par l'effet d'asymétrie de pente de la sawtooth TVW. La découverte de tels procédés “electrode-selective” encourage la perspective que l'on puisse choisir un ensemble de conditions de traitement pour obtenir une grande variété de dépôts désirés sur une électrode, tout en laissant l'autre vierge
This thesis describes the study of silicon thin film materials deposition and the resulting photovoltaic devices fabrication using different types of plasma-enhanced chemical vapour deposition (PECVD) techniques.In the first part, we combine a SiF4/H2 plasma chemistry with the matrix-distributed electron cyclotron resonance (MDECR) PECVD to obtain high growth rate microcrystalline silicon (µc-Si:H). Due to the special design of MDECR system, careful investigation of the impact energy of impinging ions to material deposition can be accessible. We find that moderate ion energy conditions is beneficial to achieve a significant drop in the density of nano-voids, thus a higher quality material with better stability can be obtained. A two-step deposition method is introduced as an alternative way to eliminate the existence of amorphous incubation layer during film growth.The second part of work is dedicate to the exploration of the Tailored Voltage Waveforms (TVWs) excitation technique for capacitively coupled plasmas (CCP) processes. As an advantage over the conventional sinusoidal excitations, TVWs technique provide an elegant solution for the ion flux-energy decoupling in CCP discharges through the electrical asymmetry effect, which makes the independent study of the impact of ion energy for material deposition at relatively high process pressure possible. Based on this insight, we have studied the deposition of µc-Si:H and amorphous silicon (a-Si:H) from the SiF4/H2/Ar and SiH4/H2 plasma chemistry, respectively. From the structural and electronic properties analysis, we find that the variation of ion energy can be directly translated into the material quality. We have further applied these results to photovoltaic applications and established bottom-up links from the controllable plasma parameters via TVWs to the deposited material properties, and eventually to the resulting device quality.In the last part, as a further application of TVWs, an “electrode-selective” effect has been discovered in the CCP processes. In the case of silicon thin film deposition from the SiF4/H2/Ar plasma chemistry, one can achieve a deposition process on one electrode, while at the same time either no deposition or an etching process on the counter electrode. This is due to two effects: the multi-precursor nature of the resulting surface process and the asymmetric plasma response through the utilization of TVWs. Moreover, such deposition/etching balance can be directly controlled through H2 flow rate. From a temporal asymmetry point of view, we have further studied the impact of process pressure and reactor geometry to the asymmetric plasma response for both the single-gas and multi-gas plasmas using the sawtooth waveforms. The product of pressure and inter-electrode distance P·di is deduced to be a crucial parameter in determine the plasma heating mode, so that a more flexible control over the discharge asymmetry as well as the relating “electrode-selective” surface process can be expected

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Chauvin, Nicolas. "LA TRANSFORMATION D'ÉTAT DE CHARGE 1+/n+ POUR L'ACCELERATION DES IONS RADIOACTIFS." Phd thesis, 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00001315.

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Abstract:

La production de noyaux radioactifs est réalisée par bombardement d'une cible par un faisceau primaire de proton, de neutrons ou d'ions stables. Afin d'obtenir des faisceaux d'ions radioactifs de plusieurs MeV par nucléons, il convient tout d'abord de les multi-ioniser. Le principe de la méthode 1+/n+ consiste à séparer la production des éléments radioactifs de leur multi-ionisation. Une cible de production d'éléments radioactifs est associée à une source d'ions monochargés (ensemble cible-source). Le faisceau d'ions radioactifs 1+ ainsi produit est injecté à basse énergie (quelques dizaines de keV) dans une source d'ions multichargés à Résonance Electronique Cyclotronique (ECR). Les ions monochargés sont ralentis électrostatiquement dans la source n+ et sont capturés par le plasma ECR. Ils sont alors sont multi-ionisés pas à pas vers des états de charge élevés, extraits et accélérés. Les expériences décrites dans cette thèse ont été réalisées avec des éléments stables. La méthode 1+/n+ peut fonctionner en mode continu : le faisceau d'ions monochargés est injecté en continu dans la source n+ et le faisceau d'ions multichargés est produit en continu. Les rendements de transformation 1+/n+ obtenus sont d'une dizaine de pour cent pour les gaz rares et de plusieurs pour cent pour les éléments condensables. La durée de la transformation 1+/n+ est de l'ordre de la centaine de millisecondes ce qui est suffisamment rapide pour la majorité des éléments radioactifs à multi-ioniser. Ces résultats permettent de considérer que la méthode 1+/n+ et aujourd'hui opérationnelle pour un système de production d'ions radioactifs accélérés. La méthode 1+/n+ peut également fonctionner en mode pulsé : le faisceau d'ions monochargés est injecté en continu dans la source n+ et le faisceau d'ions multichargés est extrait par " pulses " de quelques millisecondes. Les rendements obtenus sont de l'ordre du pour cent pour le rubidium et le plomb. Il est nécessaire de réaliser des études complémentaires sur ce mode de fonctionnement afin d'améliorer les résultats déjà obtenus.

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Tran, Tan Vinh. "CARACTÉRISATION ET MODÉLISATION DES PLASMAS MICRO-ONDE MULTI-DIPOLAIRESAPPLICATION À LA PULVÉRISATION ASSISTÉE PAR PLASMA MULTI-DIPOLAIRE." Phd thesis, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00139610.

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Abstract:

L'extension d'échelle des procédés plasma fonctionnant à très faibles pressions est l'une des problématiques à résoudre pour leur essor au niveau industriel. Une solution consiste à distribuer uniformément des sources de plasma élémentaires dans lesquelles le plasma est produit par couplage à la résonance cyclotronique électronique (RCE). Ces sources élémentaires sont constituées d'un aimant permanent cylindrique (dipôle magnétique) disposé à l'extrémité d'une structure coaxiale d'amenée des micro-ondes. Bien que conceptuellement simple, l'optimisation de ces sources de plasma dipolaires est complexe. Elle requiert la connaissance, d'une part, des configurations de champ magnétique statique et électrique micro-onde, et, d'autre part, des mécanismes de production du plasma, dans les zones de champ magnétique fort (condition RCE), et des mécanismes de diffusion. Ainsi, une caractérisation expérimentale des domaines de fonctionnement et des paramètres plasma par sonde de Langmuir et par spectroscopie d'émission optique a été menée sur différentes configurations de sources dipolaires. Parallèlement, une première modélisation analytique a permis de calculer des champs magnétiques de configurations simples, le mouvement et la trajectoire des électrons dans ces champs magnétiques, l'accélération des électrons par couplage RCE. Ces résultats ont permis ensuite de valider la modélisation numérique des trajectoires électroniques par une méthode hybride Particle In Cell / Monte-Carlo. L'étude expérimentale a mis en évidence des domaines de fonctionnement pression/puissance très larges, entre 15 et 200 W de puissance micro-onde et depuis 0,5 jusqu'à 15 mTorr dans l'argon. L'étude des paramètres plasma a permis de localiser la zone de couplage RCE près du plan équatorial de l'aimant et de confirmer l'influence de la géométrie de l'aimant sur cette dernière. Ces caractérisations appliquées à un réacteur cylindrique utilisant 48 sources ont montré la possibilité d'atteindre au centre de l'enceinte des densités entre 1011 et 1012 cm-3 pour des pressions d'argon de quelques mTorr. La modélisation des trajectoires électroniques au voisinage des aimants indique un meilleur confinement radial pour des aimants présentant un rapport longueur/diamètre élevé. De plus, cette étude numérique confirme les résultats de l'étude expérimentale, à savoir une zone de couplage RCE près du plan équatorial et non au voisinage de l'extrémité du guide coaxial micro-onde. Enfin, ces résultats ont été appliqués avec succés à la pulvérisation assistée par plasma multi-dipolaire de cibles, permettant en particulier une usure uniforme de ces dernières.

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Dissertations / Theses on the topic 'Résonance cyclotronique électronique (ECR)'

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