Trois méthodes étaient à notre disposition pour l'étude du plasma en excitation pulsée :
- l’excitation par un sip;nal de type "Tesla"
- l’excitation par un signal RF modulé en amplitude
- l’excitation par un sirnal RF à l’allumape et l’étude des déclins à l’extinction.
IV. 1. Excitation "Tesla"
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Le Eénérateur Tesla (fig 25) est constitué d’un circuit oscillant à inductance-capacité et d’un éclateur dont l’écarte ment peut être ajusté. A chanue étincelle dans l’éclateur, le circuit se mettra à osciller.
Le sij?;nal RF qui caractérise le champ Tesla dépendra de l'écartement de l’éclateur. Dans les conditions utilisées pour l’excitation de vapeur de henzène, chaque étincelle Induit des signaux oscillants amortis d’une fréquence - 4MH7. Chaque
signal se compose au départ d’une oscillation ( = 0,25ys ) à haut champ suivi d’oscillations à faible champ qui s’amortissent en 1 ys. Le nombre moyen d’impulsions créées par une étincelle est de 1,5 10^ s-^j-la durée d’une étincelle est de 3 10-^s
et la vitesse de répétition est fonction de la fréquence du secteur soit 10^ s-^ . En conclusion, chaque signal "Tesla"
se compose essentiellement d'une impulsion de 0,25 ps qui seule est active pour l’excitation de la décharge.
Nous avons mesuré l’amplitude du champ rayonné par un inducteur Tesla à l’aide d’une sonde placée au centre d’un solénoïde relié à la Tesla. Sous pression atmosphérique, afin d’éviter l’avalanche et l’apparition d’une décharge, le champ mesuré pour la première impulsion de 0.25 ps est de 250 V ; cette valeur n’est donnée qu’à titre de comparaison avec l’exci tation RF qui ne fournit qu’un champ de 5 V soit 50 fois
moins .
Après excitation par l’impulsion de 0,25 ps , le système peut se relaxer pendant = 70 ps. Cela permet l’étude de la décroissartce au cours du temps d’espèces dont la durée rie vie T est comprise entre 0,25 et 70 ps. D’autre part, dans le cas de l’excitation par un champ "Tesla”, l’impulsion de haut champ permet aux électrons d’atteindre des énergies suf-^isantes pour ioniser ou exciter les substrats en une et une seule oscillation du champ excitateur, alors que l’excitation par un signal RF continu ne permet aux électrons d’acquérir l’énergie d’excita tion ou d’ionisation que progressivement à l’intervention de collisions élastiques, au cours de plusieurs oscillations du champ. Dès lors, la distribution des énerrries des électrons sera plus étendue et déplacée vers des valeurs plus grandes pour une excitation "Tesla" que pour l’excitation par un signal RF
continu.
L’excitation par impulsion "Tesla" d’un mélange argon(4 Torr) et mercure (< 10-“^ N ) fait apparaître des émissions dues à
l’argon et au mercure. L’addition rie benzène se traduit par l’apparition de la fluorescence du benzène tandis que
2 U 1 g
l’intensité des émissions de l’argon et du mercure diminue (fig 26). Remarquons que l’émission du mercure à 254 nm est moins affectée par l’addition de benzène que les émissions depuis des états supérieurs peuplés par double impact électro nique: ceci indique que les états 2 sont quenchés par le benzène plus rapidement qu’ils ne subissent un deuxième impact électronique. La diminution marquée des émissions des états excités supérieurs de l’argon avec production des métastables
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Fijrure 26. Emission d’une décharpe Tesla arpon-benzéne.
lorsque la concentration en benzène aup,mente, a la même origine que pour le mercure. Enfin, pour le benzène, le toluène ou le naphtalène, seule est présente la fluorescence du substrat intact sans qu’il soit possible de détecter les émissions de frapments. L’absence de fragmentation dans ce type de décharge résulte d’une part de la faible puissance réelle dissipée, d’autre part, du fait que les molécules ne sont excitées que durant quelques ps par seconde et ont tout le loisir de se relaxer pendant == 70 |js après chaque impulsion; de ce fait, la probabilité pour que ces substrats subissent des impacts multiples pouvant amener leur fragmentation est faible.
L’observation simultanée d’états excités associés à des énergies très différentes, telles les émissions de l’arpon et la fluorescence des vapeurs organiques, résulte de la distri bution plus large de l’énergie des électrons.
L’étude au cours du temps des émissions d’une décharge dans l’arpon et le benzène excitée par Tesla montre que :
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“ l'émission de la fluorescence du benzène est retardée vis à vis de l'émission de l'argon à 420 nm et ce tant pour son apparition que pour sa disparition.
- cette émission de fluorescence décroît exponentiellement avec une durée de vie de = 300 ns dépendant de la concentration en benzène (l'émission de l'argon à 420 nm décroît avec une durée de 300 ns ) (fig 27)
Figure 27. Emission de fluorescence du benzène à 254 nm après excitation Teslaj 0,5 us par division; le puise Tesla déclenche le balayage et est situé à l’origine.
La durée de vie de fluorescence anormalement élevée que nous avons observée et les résultats renseignés dans la litté rature pour des conditions d'excitation analogues (t^ * 560 (63) et 600 ns (63)) nous permettent une meilleure compréhension des processus qui conduisent aux états fluorescents Sj du benzène dans une décharge. Si la fluorescence résultait de la population de Sj par Impact électronique direct Sg-^ , la durée de vie observée devrait être beaucoup plus courte ( p 80 ns ) (1), et la trace de l'émission devrait suivre celle du puise Tesla.
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Par contre, si nous considérons que les états émissifs provien nent de recombinaisons d’ions ainsi que nous l'avons proposé précédemment dans un schéma cinétique (p. 37 tableau 5B). la longue durée de vie observée est compréhensible.
IV.2, E X ci t at ion par un champ RF modulé
L'excitation par un champ RF modulé en amplitude permet de mesurer la durée de vie des entités qui émettent dans une déchar ge grâce à la connaissance de l’angle de déphasage entre l’exci tation et la luminescence considérée (cfr p. B).
De cette manière, nous avons étudié l’émission de fluores cence du benzène à 280 nm et l’émission à 365 nm attribuée au benzyne dans une décharge argon-benzène. Cependant, pour ces deux émissions, nous n’avons pas mesuré de déphasage entre l’ex citatrice et CBS dernières. Il est néanmoins possible de cal culer une valeur maximale pour leur durée de vie : la fréquence de modulation maximale utilisée est de 10 KHz et l’angle de déphasage minimum mesurable est de = 5°, dès lors ;
et donc t g (|) = ü) T tg <b ^ tg 5° U 2v 10“* P s T < 1 p s
il est normal par conséquent que nous n’ayons pas observé de déphasage pour une fluorescence dont la durée de vie est de 1* ordre de 300 ns.
IV.3. Observation des émissions à l’extinction et à l’allumage du champ RF excitateur ' ...
Lors de la coupure du champ RF excitateur dans une décharge argon-benzène, nous avons constaté que la fluorescence du benzène et l’émission du benzyne décroissait quasi exponentiellement
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au cours du temps avec une constante de temps k = 1,5 10^ s-^. Cependant, l’observation de la décroissance au cours du temps du champ excitateur montre qu’il décroît avec une constante de temps identique de 1,5 10^ s-^. Nous pouvons alors conclure que les émissions à 280 nm et 365 nm ont une durée de vie Inférieure à T = 1/K = 7 10-S s et en fait déterminée par la relaxation
60 .
V. ETUDE DES ABSDRPTIDNS DES VAPEURS DE BENZENE SUITE A UNE