Source plasma filaire

Source plasma filaire

Concept historique

Les premières apparitions du concept de décharge filaire remontent aux années 1960 et aux travaux expérimentaux de McClure [3]. Ce dernier démontre que le confinement électronique propre ` a une configuration d’électrodes fil-cylindre permet l’établissement d’une décharge électrique dans un gaz ` a faible pression. Le dispositif expérimental de Figure 1.1: Schéma de principe de la source `a fil

Concepts alternatifs et utilisation 

McClure présenté figure 1.1 consiste simplement en une électrode filaire de faible rayon portée ` a un potentiel positif (anode) et placée sur l’axe d’une cavité cylindrique reliée ` Cathode Anode a la masse (cathode). Cette géométrie d’électrodes- transposition aux électrons du pi è ge ` a ions de Kingdon [21]- donne lieu ` a un confinement électrostatique des électrons dans le plan perpendiculaire au cylindre.

Les électrons évoluant au sein du potentiel logarithmique (voir fi gure 1.2) ainsi généré décrivent en effet dans ce plan des orbites autour de l’anode filaire [22]. Afin de confiner les électrons dans la direction parall è le `a l’axe du cylindre, des disques métalliques reliés ` a la masse sont placés `a chaque extrémité du cylindre. Ces disques sont percés en leur centre de sorte de laisser une ouverture suffisante au passage du fil.

En utilisant un tel dispositif, McClure montre qu’il est possible de réaliser une décharge élec trique dans un gaz de Deutérium ` a 10−5 mbar et ce pour une tension d’anode de l’ordre du millier de Volts. La possibilité d’abaisser la tension de décharge par le biais d’une diminution du rayon de ces per¸cages ou de l’utili sation d’un fil de plus faible rayon fut observée expéri mentalement d`es cette premi è re étude.

Figure 1.2: Décroissance radiale logarithmique du po tentiel laplacien en géométrie f il-cylindre. Le fonctionnement `à basse pression de la source fi laire repose sur l’utilisation d’une anode filaire de tr`es faible rayon (∼ 100 µm) permettant de limiter la fraction d’électrons ayant une trajectoire impactant directement l’anode.

Néanmoins, l’utilisation d’anodes de faibles rayons impose de limiter le courant de décharge à quelques dizaines de milliampères en régime continu. Le fonctionnement au-delà de ces valeurs de courant entraîne en effet un` échauffement important du fil par bombardement ‘ électronique, ‘ échauffement pouvant mener ` à la destruction du fil. 

Concepts alternatifs et utilisation Le concept historique implique donc la recherche d’un compromis entre la pression limite de fonctionnement et le courant maximal. Ce compromis se traduit par le choix d’un rayon d’anode adapté. Différentes évolutions du concept original sont néanmoins ‘ et’ e proposées afin de tenter de contourner cette limitation.

Une solution consiste en l’ajout d’une composante de champ magnétique par è le ` a l’axe du cylindre permettant de limiter l’intersection des orbites ‘ électroniques avec le fil. En effet, la présence d’un champ magnétique, au travers de la force de Lorentz v×B, tend ` àéloigner les ‘ électrons du fil, et donc ` à améliorer le confinement des ‘électrons.

Cela permet d’abaisser la tension d’allumage pour une pression donnée [23, 24], ou encore de diminuer la pression limite de fonctionnement de la source. On peut donc dans une certaine mesure augmenter le rayon d’anode tout en conservant une pression limite de fonctionnement constante en augmentant le champ magnétique. Néanmoins l’ajout d’un champ magnétique retiré ` à la source filaire un de ses principaux avantages, 10 Source plasma filaire ` à savoir sa simplicité.