Time resolved temperature measurements in a H₂ high power pulsed discharge

Résumé
Nous nous intéressons aux mécanismes de chauffage du gaz dans un plasma d'hydrogène généré par une décharge microonde à impulsions courtes (10 µs) de forte puissance (2-8 kW). Nous comparons l'évolution temporelles de la température rotationnelle des molécules avec celle des températures cinétiques des atomes et des molécules déterminées par spectroscopie d'émission (élargissement Doppler). Le milieu est fortement hors équilibre thermodynamique, en particulier, au moment du claquage où les fortes valeurs de champs électriques induisent un élargissement Stark sensible sur la raie atomique Balmer alpha. Au début de l'impulsion, la distribution rotationelle ne suit pas une loi de Maxwell-Boltzman, mais tend vers l'équilibre au bout de 10 µs. La température des molécules - constituant majoritaire du gaz - croît fortement au début de l'impulsion, de 300 à 900 K. inais reste inférieure à la température des atomes d'hydrogène (1800 K). Afin de rendre compte des temps caractéristiques de chauffage du gaz, nous envisageons différents mécanismes de transfert d'énergie cinétique aux espèces neutres.

Abstract
A hydrogene plasma is generated in a cavity by a short pulse (10 µs), high peak power (2-8 kW) rnicrowave discharge. The time evolution of rotational and kinetic temperature are compared. Both kinetic temperatures of atoms and inolecules are determined by optical emission spectroscopy (Doppler broadening). The medium is strongly in non equilibrium, particularly during the breakdown, at the beginning of the pulse, due to the existence of strong electric field ; this electric field induces a stark splitting of the Balmer alpha line. During the breakdown. the rotational distribution is far from the Boltzmann law, and progressively reaches an equilibrium within 10 µs. The molecular temperature increases sharply from 300 to 900 K, at the beginning, of the pulse but remains lower than the atomic temperature (1800 K). In order to explain these results, we check different possible inechanisins for the kinetic energy transfer to the neutrals.