Des sections efficaces et des coefficients de réaction et de transport

Données de base des particules chargées en interaction avec les neutres
Objectifs :
Alimenter les modèles fluides d’électrodynamique des décharges hors équilibre pour aider à développer les
sources de plasmas froids utilisées dans les applications (biomédical, dépollution, stérilisation, disjoncteurs, dépôt
de couches minces, etc.)
Calculer sur une large gamme de champ réduit les coefficients de transport et de réaction des particules chargées
en interaction avec des neutres
i) Cas interactions ions/atomes et ions/molécules:
Code Monte Carlo optimisé utilisant en entrée les sections efficaces de collision élastiques et inélastiques.
Sections efficaces obtenues par des calculs quantiques et calculs hybrides (classique pour le mouvement des
noyaux et quantique pour celui du cortège électronique) à l’aide de potentiel d’interaction physique
Sections efficaces obtenues aussi à l’aide de potentiel sphérique en utilisant la méthode inverse semi classique .
ii) Cas des interactions électrons/gaz
Détermination des sections efficaces de collision par déconvolution basée sur des méthodes d’optimisation et
l’équation de Boltzmann multi-terme indispensable pour les gaz moléculaires et à champ électrique élevé
Validation expérimentale
Permanents impliqués : M. Benhenni*, M. Yousfi*
Doctorants : A. Chicheportiche, A. Bekstein, D. Nelson, A. Hennad, M.D. Benabdessadok, A. Himoudi
Collaborations :
- Department of Applied Mathematics à Ostrava, République tchèque
- IRSAMC de l’université Paul Sabatier de Toulouse
- Centro de Ciencias Fisicas à Cuernavaca au Mexique
- Université de Sciences et Technologie d’Oran, Algérie
- Instituo de Plasmas et Fusao Nuclear de Lisbonne, Portugal
Moyens : Bourses ministères, projet ECOS, Professeurs Invités, Contrats et Fonds propres
*contacts: [email protected] ; [email protected]
Mobilité réduite K0 (cm2 V-1 s-1)
Données de base des particules chargées en interaction avec les neutres
Section efficace de collision (Ų)
Exemples de résultats:
22
100
20
10
18
Qhyb hybride
1
Qdiss : dissociation à 3 corps
16
Q1 (12-4) méthode inverse
K0 Ellis (expériences)
+
K0 pour He2 excité à ZPE
K0 avec un potentiel (12-4) core
14
0.1
12
0.01
0.1
1
10
Energie de collision ε (eV)
1
10
100
Champ électrique réduit E/N (Td)
Mobilité de l’ion moléculaire He2+ dans l’He (Phys Rev E 2013)
Section efficace de collision obtenue à partir d’un potentiel
sphérique (12-4) core (méthode inverse) comparée à celles
obtenues par la méthode hybride dans le système collisionel
He2+/He (Phys Rev E 2013)
1010
x64
x32
H2O-Air
x16
-1
(cm s )
109
[H2O] (%)
107
Air
x8
ve
Vitesse de dérive des électrons dans l’air humide avec différentes proportions
de vapeur d’eau. Comparaison avec les mesures (symboles) pour la validation
des sections efficaces et les calculs (traits pleins) qui permettent de connaître
les données de base sur une plus large plage du champ réduit E/N (RuizVargas, M. Yousfi and J de Urquijo, J Phys D 2010)
108
106
1
2
5
10
20
H 2O
x4
x2
105
x1
104
100
101
102
E/N
(Td)
103
Données de base des particules chargées en interaction avec les neutres
Bilan sur les
données des
ions:
Tableau résumant les systèmes ion/atome et ion/molécule publiés par l’équipe: Par exemple la première ligne signifie
que les données sur les sections efficaces de collision et les coefficients de transport sont publiées pour les systèmes
He+/N2, He+/O2, He+/N2O et He+/He. Les données en noir et en jaune ont été déterminées notamment pour la
modélisation des jets de plasma, en vert pour les streamers dans l’air et les décharges utilisées pour la dépollution, en
bleu pour tenir compte de l’humidité dans l’air, en mauve pour la PECVD et en rouge pour le claquage du SF6
Données de base des particules chargées en interaction avec les neutres
Quelques publications sur le transport des ions:
- Alexandre Chicheportiche, Martin Stachon, Malika Benhenni, Florent Xavier Gadéa, René Kalus and Mohammed
Yousfi« First principles transport coefficient and reaction rate of Ar2+ ions in argon for cold plasma jet modeling »J.
Chem. Phys. 141, (2014) 134302
-A. Chicheportiche, B. Lepetit, F.X. Gadea, , M. Benhenni, M. Yousfi and R. Kalus “Ab initio transport coefficients of Ar+
ions in Ar for cold plasma jet modelling”Phys. Rev. E 89, (2014) 063102
-A. Chicheportiche, M. Benhenni, M. Yousfi, B. Lepetit, R. Kalus and F.X. Gadea“Ion collision cross-sections and transport
coefficients extended to intermediate energies and reduced electric fields for He2+ ions colliding with He”Phys. Rev.
E,88 (2013) 043104
-A. Chicheportiche, B. Lepetit, M. benhenni, F.X. Gadea and M. Yousfi “Comparative study of collision cross-sections and
ion transport coefficients from several He+/He interaction potentials”J. Phys. B, 46 (2013) 065201
-M.Yousfi, A. Hennad, M. benhenni, O. Eichwald and N. Merbahi “Collision cross sections, transport and reaction
coefficients of ions in He-Air mixtures for optimization of low temperature plasma jets at atmospheric pressure”J. Appl.
Phys 112, (2012) 043301
-M.Benhenni , M. Yousfi “Transport properties of F- in SF6-Xe, SF6-Ar and SF6-He mixtures”
Plasma Sources Sci. Technol 21, (2012) 015014
-A.Bekstein, M.Benhenni and M. Yousfi “Collision cross sections and swarm coefficients of water vapour ion clusters
(H2O)nH+ with n = 1, 2 and 3 in N2, O2 and air” Eur. Phys. J. D 61, (2011) 153
-M. Yousfi, A Hennad and M. Benhenni "Swarm data of O-, NO-, He+, N2O+, SiH3+ and SiH2+ ions in N2O, He and N2O-He
mixtures for PECVD applications" J. Phys. D: Appl. Phys. 40 (2007) 1751-1762
-M. Benhenni, J. de Urquijo, M. Yousfi, J.L. Hernandez-Avila, N. Merbahi and O.Eichwald, Measured and calculated SF6collision and swarm ion transport data in SF6-Ar and SF6-Xe mixtures Phys. Rev E 71, (2005) 036405-1
-M. YOUSFI, A. HENNAD, O. EICHWALD, "Improved Monte Carlo method for ion transport in ion-molecule asymmetric
systems at high electric fields", J. Appl. Phys., 84 (1), 107-104, (1998)
NB: Production scientifique de l’équipe dans le thème “ Données des ions”: 22 publications dans des revues
internationales dont Phys Rev E, J Chem Phys, J Phys B, PSST, J Phys D, etc., 40 conférences internationales, 5 thèses
et 1 HDR
Données de base des particules chargées en interaction avec les neutres
Quelques publications sur le transport des électrons:
M Yousfi , A Bekstein , N Merbahi , O Eichwald , O Ducasse , M Benhenni and J P Gardou « Basic data for atmospheric
pressure non-thermal plasma investigations in environmental and biomedical applications”, Plasma Sources Sci.
Technol. 19 034004 (2010)
M. Yousfi, J Urquijo, A. Juarez, E. Basurto, J L Hernadez-Avila, « Electron swarm coefficients in CO2-N2 and CO2-O2
mixtures, IEEE Trans Plasma Science, 37, 764-772, 2009
M Yousfi, P Robin-Jouan and Z Kanzari, “Electron-molecule collision cross sections needed for breakdown electric
field calculations of hot dissociated SF6”J. Phys.: Conf. Ser. 115 (2008) 012012
Z. KANZARI, M. YOUSFI, A. HAMANI, "Modeling and basic data for streamer dynamics in N2 and O2 discharges" J.
Appl. Phys., 84 (8), 4161-4169, (1998)
M. YOUSFI, M.D. BENABDESSADOK , " Boltzmann equation analysis of electron-molecule collision cross sections in
water vapor and ammonia" J. Appl. Phys., 80 (12), 6619-6631,(1996)
NB: Production scientifique de l’équipe dans le thème “ Données des électrons”: 12 publications dans des revues
internationales dont Phys Rev A, Phys Rev E, PSST, J Phys D, IEEE TPS, J A p, etc., 20 conférences internationales
et 4 thèses