Etude théorique de la dynamique des grains de poussière dans les gaines électrostatiques d'un plasma

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علوم بحتة وطبيعية

الملخص

Dans cette thèse de doctorat, nous avons étudié l’interaction d’un plasma avec une surface solide en présence d’impuretés (grains de poussière). Cette interaction donne naissance à une région non neutre, appelée gaine électrostatique, qui tend à masquer la surface solide vis-à-vis du plasma globalement neutre. Dans les décharges qui nous intéressent, les gaines se forment au voisinage des électrodes, des parois et de tout autre corps solide plongé dans le plasma. Nous avons commencé ce travail par l’établissement d’un modèle théorique unidimensionnel, stationnaire et en absence de champ magnétique qui décrit l’interaction d’un plasma avec une surface solide et la formation des gaines électrostatiques en tenant compte de l’attachement des électrons et des ions par les grains de poussière. Les électrons et les ions sont décrits par les équations fluides. Les grains de poussière sont considérés comme étant des sphères mono-taille et sont également décrits par le modèle fluide en tenant compte des différentes forces agissant sur eux. Le modèle du mouvement de l’orbite limitée a été utilisé pour décrire leur charge. Le système d’équations différentielles non linéaires ainsi obtenu a été résolu numériquement en utilisant une méthode numérique à conditions initiales et à pas variable, étant donné que l’épaisseur de la gaine électrostatique est une inconnue du problème. Les résultats numériques montrent que le phénomène d’attachement des particules (électrons et ions) par les grains de poussière est non négligeable pour des densités de particules importantes . Par conséquent, l’approximation de Boltzmann n’est plus valable. Nous avons montré également que l’attachement des particules par les grains de poussière réduit considérablement l’épaisseur de la gaine électrostatique. Les effets des autres paramètres physiques ont été aussi étudiés et analysés. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons étudié l’effet de l’attachement des particules par des grains de poussière multi-tailles dans les gaines électrostatiques d’un plasma de décharge. Pour cela, nous avons établi un modèle théorique basé sur les équations fluides. La distribution de taille des grains de poussière a été décrite par une loi Gaussienne. Les résultats numériques montrent que l'augmentation de la limite inférieure ou de la limite supérieure du rayon des grains de poussière augmente leur capacité d’attachement en provoquant une diminution considérable de l'épaisseur de la gaine. Pour un potentiel de l’électrode fixe, cette diminution de l'épaisseur de la gaine électrostatique augmente le champ électrique. Ainsi, la force électrostatique agissant sur les grains de poussière à l'interface plasma-gaine devient plus importante. En conséquence, la position de piégeage des grains de poussière est décalée dans la même direction. Nous avons montré également que le piégeage des grains de poussière n’est possible que pour un petit intervalle de rayons de grains de poussière relativement faible pour lequel la force électrostatique est équilibrée par la force de la gravité et la force de résistance ionique. Ce résultat joue un rôle important et déterminant dans la dynamique des grains de poussière ; en particulier dans leur piégeage dans les gaines électrostatiques créées dans les réacteurs plasma et les Tokamaks

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087aa6ab-bae2-4f65-9106-c899c4de1531

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0

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Crawler

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الرسائل العلمية

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رسائل دكتوراة

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word

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1370396_1.docx, 1370396_2.pdf

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ألقاب المؤلفين

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French

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Etude théorique de la dynamique des grains de poussière dans les gaines électrostatiques d'un plasma

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Electrons, Gaines de plasma, Ions, Plasmas poussiéreux

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Tahraoui Abdelatif

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Bouzid Zaham

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