Explosions de plasma, appelés jets de plasma, ont de nombreuses utilisations allant du développement de moteurs plus efficaces, qui pourrait un jour envoyer des engins spatiaux sur Mars, à des utilisations industrielles comme la pulvérisation de revêtements de nanomatériaux sur des objets 3D.

Les jets de plasma à décharge capillaire sont ceux qui sont créés par un courant important qui traverse un gaz de faible densité dans ce qu'on appelle une chambre capillaire. Le gaz s'ionise et se transforme en plasma, un mélange d'électrons et d'ions chargés positivement. Lorsque le plasma se dilate dans la chambre capillaire en raison du chauffage de l'énergie de l'arc, le plasma est éjecté de la buse capillaire formant le jet de plasma.

Cette semaine à Examen des instruments scientifiques , une nouvelle étude examine comment les dimensions du capillaire produisant le plasma affectent la longueur du jet. Des chercheurs de l'Université des sciences et technologies de Huazhong ont découvert qu'ils pouvaient obtenir le jet de plasma le plus long en modifiant les dimensions pour maximiser la densité d'énergie dans la chambre capillaire.

"Les résultats expérimentaux montrent que la plus grande longueur de jet de plasma peut être obtenue en ajustant les facteurs géométriques, " a déclaré Jiaming Xiong, de l'Université des sciences et technologies de Huazhong et l'un des auteurs. "Les jets de plasma capillaires ont une large gamme d'applications et la longueur du jet de plasma est un paramètre caractéristique important."

Des études antérieures dans ce domaine ont porté sur la formation du jet de plasma et des simulations numériques du plasma de décharge capillaire, mais peu de chercheurs se sont penchés sur l'influence de la structure du capillaire sur la taille du jet de plasma.

Xiong et le groupe de chercheurs ont installé leur jet de plasma capillaire sous pression atmosphérique normale avec un appareil photo pour photographier la longueur du jet de plasma. Le système capillaire se compose d'une électrode à broche pour le côté cathode chargé négativement du dispositif d'alimentation en courant, et une électrode plate pour l'anode chargée positivement. Une paroi isolante entoure la cathode, créant une chambre où le gaz s'ionise lorsqu'ils appliquent une impulsion de déclenchement.

Le plasma est éjecté à travers une buse en forme de cône à l'intérieur de l'anode de la chambre capillaire. En faisant varier la longueur de la chambre capillaire, le diamètre de la cathode et la longueur de la pointe de cathode, les chercheurs ont déterminé les meilleures proportions pour générer le jet le plus long.

L'étude suggère que les dimensions offrant la plus grande densité d'énergie à l'intérieur de la chambre produiront le jet de plasma le plus long. Au fur et à mesure que la longueur du capillaire augmente, l'énergie déposée dans le canal d'arc augmente également, mais seulement jusqu'à un certain point. Ainsi, il existe une longueur de chambre optimale pour maximiser la densité d'énergie dans la chambre capillaire.

En outre, ils ont montré que l'augmentation du diamètre de la cathode et de la longueur de la pointe de la cathode raccourcit le jet de plasma, car ces changements réduisent l'énergie déposée dans le canal d'arc. Dans leur prochaine étude, les chercheurs utiliseront des combinaisons de différents circuits de décharge d'impulsions et d'énergies de décharge pour voir comment ces facteurs influent sur la longueur du jet de plasma.