Etudes expérimentales et théoriques d'un générateur de rayons X

L'objectif des travaux présentés dans cette thèse est l'amélioration des caractéristiques du faisceau de photons d'un générateur de rayons X, utilisé dans l'industrie pour la préionisation des lasers à excimères. Les recherches ont été centrées sur la décharge WIP (Wire Ion Plasma) qui est à l'origine du fonctionnement du générateur. Il s'agit d'une décharge à basse pression excitée autour de filaments fins chargés positivement. Afin d'obtenir une décharge présentant des caractéristiques spatio-temporelles stables, nous avions besoin de connaître la succession chronologique des mécanismes impliqués dans son amorçage et son développement. Les études expérimentales et théoriques ont mis en lumière trois étapes successives intervenant dans cette décharge. La première, relative à l'amorçage souligne le caractère initial local de l'ionisation dans le plasma, avec des électrons confinés dans la zone anodique. La seconde exprime le caractère important de l'émission secondaire sous le bombardement ionique des parois cathodiques pour le développement de la décharge, avant la formation des gaines La troisième étape est analogue à une décharge de type cathode creuse, avec la définition d'un critère de stabilité pour une décharge WIP. Ce critère est la clef de cette étude dans la mesure où il a permis d'identifier les paramètres qui peuvent altérer l'homogénéité de la décharge. La phase instable de la décharge a été étudiée. En parallèle, une étude numérique a été menée pour vérifier les hypothèses théoriques quant à l'amorçage de la décharge. Un code PIC-1D (Particle-In-Cell) & MCC-3D (Monte-Carlo-Collisions) a été développé. Certains points théoriques ont pu être confirmés par ...The aim of the study exposed in the present thesis is the improvement of the photon beam features created by an X-ray generator, used for the preionization of industrial excimer lasers. The research has been focused on the WIP (Wire Ion Plasma) discharge, which plays the basic role for the generator operation. The WIP electrical discharge is excited around thin positive wires at a low gas pressure. To obtain a stable and homogeneous discharge, one needs to know the chronological sequence of the involved phenomena. Experimental and theoretical studies reveal three successive stages taking place during the discharge development. The first one (breakdown) highlight the near-anode localisation of the plasma ionisation; with electrons confined in the anodic area. The second stage (discharge development before arising of the electrodes sheaths) emphasizes the importance of the secondary emission induced at the cathode by ionic bombardment. Then, the last stage (discharge sustaining) is closed to the hollow cathode discharge. A criterion of the stability of the WIP discharge was found. The unstable phase of the discharge was also studied. In parallel, a numerical study was carried out in order to check the proposed theoretical hypothesis. A PIC-1D (Particle-In-Cell) & MCC-3D (Monte-Carlo-Collisions) code was developed. Some mechanisms proposed by the theory have been so confirmed numerically, namely: the electrode sheaths potential and the presence of two energetic groups of plasma electrons. Thanks to better understanding of phenomena implicated in the WIP discharge development, we have succeeded the upgrading of the device.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF