FR2993428A1

FR2993428A1 - SURFACE WAVE APPLICATOR FOR PLASMA PRODUCTION

Info

Publication number: FR2993428A1
Application number: FR1256673A
Authority: FR
Inventors: Ana Lacoste; Jacques Pelletier
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Universite Joseph Fourier Grenoble 1
Current assignee: Jacques Pelletier Fr; Universite Joseph Fourier Grenoble 1
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2014-01-17
Anticipated expiration: 2032-07-11
Also published as: EP2873307B1; JP2015530694A; CN104782235B; EP2873307A1; JP6263175B2; FR2993428B1; CN104782235A; WO2014009412A1

Abstract

L'invention concerne un applicateur d'onde de surface (1) pour la production de plasma, comprenant : - un ensemble coaxial (2) électriquement conducteur, formé d'une âme centrale (20) et d'un conducteur tubulaire externe (21) entourant l'âme centrale (20) et séparé de celle-ci par un volume annulaire (22) de propagation d'une onde électromagnétique (W), et - un tube diélectrique (3) inséré, à l'extrémité dudit ensemble coaxial (2), dans ledit volume annulaire (22) de propagation de l'onde électromagnétique, de sorte qu'une onde électromagnétique (W) se propageant dans l'ensemble coaxial (2) est introduite dans la section dudit tube diélectrique (3) selon la direction longitudinale (X) dudit tube (3) afin de produire un plasma à onde de surface le long du tube diélectrique lorsque la paroi interne (30) et/ou la paroi externe (31) dudit tube (3) est en contact avec un gaz plasmagène (4).The invention relates to a surface wave applicator (1) for the production of plasma, comprising: an electrically conductive coaxial assembly (2) formed of a central core (20) and an outer tubular conductor (21); ) surrounding the central core (20) and separated from it by an annular volume (22) for propagation of an electromagnetic wave (W), and - a dielectric tube (3) inserted at the end of said coaxial assembly (2) in said annular volume (22) for propagation of the electromagnetic wave, such that an electromagnetic wave (W) propagating in the coaxial assembly (2) is introduced into the section of said dielectric tube (3) in the longitudinal direction (X) of said tube (3) to produce a surface wave plasma along the dielectric tube when the inner wall (30) and / or the outer wall (31) of said tube (3) is in contact with a plasma gas (4).

Description

APPLICATEUR D'ONDE DE SURFACE POUR LA PRODUCTION DE PLASMA DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un applicateur d'onde de surface pour la production de plasma, ainsi qu'un dispositif et un procédé de production de plasma d'onde de surface. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Les plasmas d'onde de surface sont un type de plasma à haute fréquence (HF, c'est-à-dire à une fréquence comprise entre 1 MHz ou moins à plus de 10 GHz [1] dans lequel le plasma est entretenu par une onde électromagnétique (notamment, radiofréquence ou micro-onde) se propageant dans un tube diélectrique en contact avec le plasma. Selon les cas, le plasma peut être généré à l'extérieur du tube diélectrique ou à l'intérieur de celui-ci, ou encore à la fois à l'intérieur et à l'extérieur du tube. Dans cette technologie, le plasma et le tube diélectrique constituent le support de propagation des micro-ondes qui génèrent le plasma le long de la zone de propagation. Le champ électromagnétique micro-onde est dit de surface car l'intensité du champ électrique est maximale à l'interface entre le tube diélectrique et le plasma.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a surface wave applicator for the production of plasma, and to a device and a method for producing surface wave plasma. . BACKGROUND OF THE INVENTION Surface wave plasmas are a type of high frequency plasma (HF, i.e. at a frequency between 1 MHz or less to more than 10 GHz [1] in which the plasma is maintained by an electromagnetic wave (notably radiofrequency or microwave) propagating in a dielectric tube in contact with the plasma Depending on the case, the plasma may be generated outside the dielectric tube or inside of this, the plasma and the dielectric tube constitute the propagation medium of the microwaves which generate the plasma along the zone. The microwave electromagnetic field is said to be surface because the intensity of the electric field is maximum at the interface between the dielectric tube and the plasma.

De manière générale, les plasmas à onde de surface sont produits en l'absence de champ magnétique statique, sauf à basse pression où un champ magnétique axial (c'est-à-dire dans la direction du tube) peut être appliqué pour améliorer le confinement radial du plasma ou produire une excitation du plasma à la résonance cyclotronique électronique.In general, surface wave plasmas are produced in the absence of a static magnetic field, except at low pressure where an axial magnetic field (i.e. in the tube direction) can be applied to improve the radial confinement of the plasma or produce a plasma excitation at the electron cyclotron resonance.

Généralement, les plasmas à onde de surface sont produits dans un tube diélectrique par une onde électromagnétique de surface générée à partir d'un applicateur de champ à interstice de lancement (ou « gap » selon la terminologie anglo-saxonne), tel que schématisé sur la figure 1. La figure 1 illustre une vue en coupe de la moitié d'un tube diélectrique 3 contenant un plasma 4. L'axe X est l'axe de révolution du tube 3. Autour du tube sont agencés des éléments électriquement conducteurs 2a, 2b qui présentent, dans cette configuration, des surfaces principales respectivement parallèle et perpendiculaire au tube diélectrique 3.Generally, the surface wave plasmas are produced in a dielectric tube by a surface electromagnetic wave generated from a gap gap field applicator (or "gap" according to the English terminology), as schematized on FIG. 1 illustrates a sectional view of half of a dielectric tube 3 containing a plasma 4. The X axis is the axis of revolution of the tube 3. Around the tube are arranged electrically conductive elements 2a , 2b which have, in this configuration, main surfaces respectively parallel and perpendicular to the dielectric tube 3.

Par ailleurs, les éléments 2a et 2b sont distants d'un interstice G, dont la largeur est typiquement de l'ordre de quelques mm. Une onde électromagnétique de surface W est générée à partir de l'interstice G.Moreover, the elements 2a and 2b are spaced apart from a gap G, whose width is typically of the order of a few mm. An electromagnetic surface wave W is generated from the gap G.

A la surface des éléments conducteurs 2a et 2b, le champ électrique présente exclusivement une composante radiale, c'est-à-dire dans le cas illustré à la figure 1, perpendiculaire à la surface de l'élément conducteur 2a et à l'épaisseur de l'élément conducteur 2b.At the surface of the conductive elements 2a and 2b, the electric field has only a radial component, that is to say in the case illustrated in FIG. 1, perpendicular to the surface of the conductive element 2a and to the thickness of the conductive element 2b.

L'onde électromagnétique W se propage donc dans une direction perpendiculaire à l'interstice, et sensiblement symétriquement (ondes VV1 et W2) de part et d'autre de l'axe de l'interstice G (qui est perpendiculaire à l'axe X du tube diélectrique 1). Différents dispositifs, ou applicateurs, permettant de lancer une onde électromagnétique de surface dans le tube diélectrique ont déjà été proposés.The electromagnetic wave W thus propagates in a direction perpendicular to the gap, and substantially symmetrically (waves VV1 and W2) on either side of the axis of the gap G (which is perpendicular to the X axis dielectric tube 1). Different devices, or applicators, for launching a surface electromagnetic wave in the dielectric tube have already been proposed.

Dans ces dispositifs, le tube diélectrique traverse une boîte (l'applicateur est alors dénommé « surfatron ») ou un guide d'onde (l'applicateur est alors dénommé « surfaguide ») qui permet d'appliquer au tube, sur une courte longueur, le champ électrique micro-onde qui produira le plasma le long duquel il pourra se propager. La figure 2A illustre un exemple d'un surfatron ; la figure 2B illustre un exemple d'un surfaguide. Ces deux figures sont extraites de [2]. Le surfatron de la figure 2A est une boîte de forme cylindrique fermée par une cloison conductrice 2b. Le tube diélectrique 3, qui est perpendiculaire à la cloison 2b, présente une bande conductrice axiale 2a sur toute sa longueur.In these devices, the dielectric tube passes through a box (the applicator is then called "surfatron") or a waveguide (the applicator is then called "surfaguide") which allows to apply to the tube, over a short length , the microwave electric field that will produce the plasma along which it can propagate. Fig. 2A illustrates an example of a surfatron; Figure 2B illustrates an example of a surfaguide. These two figures are extracted from [2]. The surfatron of Figure 2A is a cylindrical box closed by a conductive partition 2b. The dielectric tube 3, which is perpendicular to the partition 2b, has an axial conductive strip 2a along its entire length.

Le tube 3 est agencé à l'intérieur de la boîte cylindrique, un interstice G étant ménagé entre l'extrémité du tube 3 et la cloison conductrice 2a. L'introduction de la puissance électromagnétique est schématisée par le repère P. Le surfaguide de la figure 2B comprend un guide d'onde GO, qui est traversé perpendiculairement par le tube diélectrique 3, l'interstice de lancement G étant ménagé entre la paroi du guide d'onde et le tube. La plupart de ces dispositifs, qui permettent de lancer une onde de surface à symétrie azimutale (mode m = 0), possèdent soit des moyens d'adaptation d'impédance qui leur sont propres (comme dans le cas du surfatron), soit des moyens indépendants (cas du surfaguide).The tube 3 is arranged inside the cylindrical box, a gap G being formed between the end of the tube 3 and the conductive partition 2a. The introduction of the electromagnetic power is shown schematically by the reference P. The surfaguide of FIG. 2B comprises a GO waveguide, which is traversed perpendicularly by the dielectric tube 3, the pitch gap G being formed between the wall of the waveguide and the tube. Most of these devices, which make it possible to launch a surface wave with azimuth symmetry (mode m = 0), have either impedance matching means of their own (as in the case of surfatron), or means independent (case of surfaguide).

Le plus souvent, comme illustré à la figure 1, l'onde de surface est symétrique par rapport à l'interstice. La figure 3 illustre l'évolution des composantes radiale et axiale du champ électrique du plasma 4 vers l'extérieur du tube diélectrique 3 (milieu A constitué par exemple d'air ou d'un diélectrique), en fonction de la distance r dans la direction radiale à partir de l'axe Z du tube 3. L'axe des ordonnées indique l'intensité de la composante électrique de l'onde électromagnétique exprimée en unités relatives.Most often, as shown in Figure 1, the surface wave is symmetrical with respect to the gap. FIG. 3 illustrates the evolution of the radial and axial components of the electric field of the plasma 4 towards the outside of the dielectric tube 3 (medium A consisting for example of air or of a dielectric), as a function of the distance r in the radial direction from the Z axis of the tube 3. The ordinate axis indicates the intensity of the electrical component of the electromagnetic wave expressed in relative units.

On observe sur la figure 3 que la composante axiale (courbe en pointillés) de la composante électrique de l'onde électromagnétique est continue du plasma 4 vers le milieu extérieur A, tandis que la composante radiale (courbe en trait plein) du champ électrique présente une importante discontinuité au niveau du tube diélectrique 3.FIG. 3 shows that the axial component (dotted line curve) of the electrical component of the electromagnetic wave is continuous from the plasma 4 towards the external medium A, while the radial component (solid line curve) of the electric field a large discontinuity in the dielectric tube 3.

Les dispositifs actuels présentent cependant un certain nombre d'inconvénients. En premier lieu, la plupart des applicateurs (également appelés lanceurs) d'onde de surface (ou « surface wave launcher » selon la terminologie anglo-saxonne) présentent une grande complexité de conception et de fabrication, d'où un coût relativement élevé. D'autre part, comme on peut le voir aux figures 2A et 2B, tous ces applicateurs présentent un encombrement important par rapport au diamètre des tubes diélectriques généralement utilisés (celui-ci étant habituellement de l'ordre du cm). Cet encombrement est très préjudiciable en particulier dans les cas où une pluralité de décharges est envisagée. Les systèmes d'adaptation d'impédance de ces dispositifs sont également coûteux et encombrants. Par ailleurs, dans la plupart des applicateurs, en l'absence de dispositif annexe, tel qu'un réflecteur, le plasma est produit de part et d'autre de l'interstice de lancement de l'onde (par l'onde amont et l'onde aval). Or, en général, on ne souhaite produire du plasma que dans l'une de ces directions, d'où une puissance perdue (jusqu'à un facteur 2) dans de nombreux cas et donc un bilan énergétique peu favorable. Enfin, certains dispositifs sont adaptés à une fréquence donnée (comme dans le cas du surfaguide) et d'autres ne peuvent couvrir, avec la même configuration, qu'une gamme limitée de fréquences.Current devices, however, have a number of disadvantages. First, most applicators (also called launchers) surface wave (or "surface wave launcher" in the English terminology) have a high complexity of design and manufacturing, resulting in a relatively high cost. On the other hand, as can be seen in Figures 2A and 2B, all these applicators have a large size compared to the diameter of the dielectric tubes generally used (the latter being usually of the order of cm). This size is very detrimental especially in cases where a plurality of discharges is envisaged. The impedance matching systems of these devices are also expensive and bulky. Moreover, in most applicators, in the absence of an auxiliary device, such as a reflector, the plasma is produced on either side of the wave launch gap (by the upstream wave and the downstream wave). However, in general, it is desired to produce plasma in one of these directions, resulting in lost power (up to a factor of 2) in many cases and therefore an unfavorable energy balance. Finally, some devices are adapted to a given frequency (as in the case of surfaguide) and others can cover, with the same configuration, a limited range of frequencies.

Or, la gamme des fréquences accessibles aux plasmas à onde de surface est beaucoup plus vaste puisqu'elle débute à moins de 1 MHz (début du domaine radiofréquence (RF)) et couvre le domaine micro-onde jusqu'à plus de 10 GHz. Un but de l'invention est de proposer un applicateur d'onde de surface qui permette de remédier aux inconvénients susmentionnés.However, the range of frequencies accessible to surface wave plasmas is much wider since it starts at less than 1 MHz (the beginning of the radio frequency domain (RF)) and covers the microwave domain up to more than 10 GHz. An object of the invention is to provide a surface wave applicator that overcomes the aforementioned drawbacks.

BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Conformément à l'invention, il est proposé un applicateur d'onde de surface pour la production de plasma, comprenant : - un ensemble coaxial électriquement conducteur, formé d'une âme centrale et d'un conducteur tubulaire externe entourant l'âme centrale et séparé de celle-ci par un volume annulaire de propagation d'une onde électromagnétique, et - un tube diélectrique inséré, à l'extrémité dudit ensemble coaxial, dans ledit volume annulaire de propagation de l'onde électromagnétique, de sorte qu'une onde électromagnétique se propageant dans l'ensemble coaxial est introduite dans la section dudit tube diélectrique selon la direction longitudinale dudit tube afin de produire un plasma à onde de surface le long du tube diélectrique lorsque la paroi interne et/ou la paroi externe dudit tube est en contact avec un gaz plasmagène.BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION According to the invention, there is provided a surface wave applicator for the production of plasma, comprising: an electrically conductive coaxial assembly, formed of a central core and an external tubular conductor surrounding the central core and separated therefrom by an annular volume of propagation of an electromagnetic wave, and - a dielectric tube inserted, at the end of said coaxial assembly, into said annular volume of propagation of the electromagnetic wave, so that an electromagnetic wave propagating in the coaxial assembly is introduced into the section of said dielectric tube in the longitudinal direction of said tube to produce a surface wave plasma along the dielectric tube when the inner wall and / or the outer wall of said tube is in contact with a plasma gas.

Selon un mode de réalisation, les extrémités de l'âme centrale et du conducteur externe de l'ensemble coaxial sont coplanaires. Selon un autre mode de réalisation, le conducteur externe entoure au moins partiellement le tube diélectrique au-delà du plan de l'extrémité de l'âme centrale. Selon un autre mode de réalisation, l'âme centrale occupe au moins partiellement le volume intérieur du tube diélectrique au-delà du plan de l'extrémité du conducteur externe. De manière particulièrement avantageuse, l'ensemble coaxial comporte en outre un dispositif d'adaptation d'impédance. Selon une forme d'exécution avantageuse de l'invention, la longueur du tube diélectrique insérée dans l'ensemble coaxial est choisie pour assurer l'adaptation d'impédance entre l'impédance du plasma et l'impédance caractéristique de l'ensemble coaxial. Par ailleurs, l'ensemble coaxial peut comprendre un circuit de circulation d'un fluide de refroidissement agencé dans l'âme centrale et/ou dans le conducteur externe.According to one embodiment, the ends of the central core and the outer conductor of the coaxial assembly are coplanar. According to another embodiment, the outer conductor at least partially surrounds the dielectric tube beyond the plane of the end of the central core. According to another embodiment, the central core occupies at least partially the interior volume of the dielectric tube beyond the plane of the end of the outer conductor. Particularly advantageously, the coaxial assembly further comprises an impedance matching device. According to an advantageous embodiment of the invention, the length of the dielectric tube inserted in the coaxial assembly is chosen to ensure impedance matching between the impedance of the plasma and the characteristic impedance of the coaxial assembly. Furthermore, the coaxial assembly may comprise a circulation circuit of a cooling fluid arranged in the central core and / or in the outer conductor.

D'autre part, le tube diélectrique peut comprendre un circuit de circulation d'un fluide diélectrique de refroidissement agencé dans l'épaisseur dudit tube. Selon un mode de réalisation, l'applicateur comprend en outre un aimant permanent cylindrique dont la direction d'aimantation est parallèle à l'axe de l'applicateur, agencé à l'extrémité de l'âme centrale.On the other hand, the dielectric tube may comprise a circuit for circulating a dielectric cooling fluid arranged in the thickness of said tube. According to one embodiment, the applicator further comprises a cylindrical permanent magnet whose direction of magnetization is parallel to the axis of the applicator, arranged at the end of the central core.

Selon un autre mode de réalisation, l'applicateur comprend en outre : - un aimant permanent cylindrique dont la direction d'aimantation est parallèle à l'axe de l'applicateur, agencé à l'extrémité de l'âme centrale et, - au moins un aimant permanent annulaire dont la direction d'aimantation est parallèle à l'axe de l'applicateur et de même sens que l'aimantation de l'aiment cylindrique central, agencé autour de l'extrémité du conducteur externe, l'aimantation desdits aimants étant choisie de sorte à former un champ magnétique propre à procurer, dans une zone distante de l'extrémité de l'applicateur, un couplage de résonance cyclotronique électronique avec le champ électrique micro-onde généré par ledit applicateur, le rayon extérieur et l'aimantation de l'aimant annulaire étant en outre choisis de sorte que les lignes de champ magnétique générées par lesdits aimants traversent la zone de couplage de résonance cyclotronique électronique selon une direction sensiblement parallèle à l'axe de l'applicateur.According to another embodiment, the applicator further comprises: a cylindrical permanent magnet whose direction of magnetization is parallel to the axis of the applicator, arranged at the end of the central core and, at less an annular permanent magnet whose direction of magnetization is parallel to the axis of the applicator and in the same direction as the magnetization of the central cylindrical magnet, arranged around the end of the outer conductor, the magnetization of said wherein the magnets are selected to form a magnetic field capable of providing, in a region remote from the end of the applicator, an electronic cyclotron resonance coupling with the microwave electric field generated by said applicator, the outer radius and the magnetization of the annular magnet being furthermore chosen so that the magnetic field lines generated by said magnets pass through the electronic cyclotron resonance coupling zone in a direct manner ion substantially parallel to the axis of the applicator.

Un autre objet concerne un dispositif de production de plasma à onde de surface, comprenant une enceinte contenant un gaz plasmagène et au moins un applicateur tel que décrit plus haut, dans lequel la paroi interne et/ou la paroi externe du tube diélectrique est en contact avec le gaz plasmagène.Another object relates to a device for producing surface wave plasma, comprising an enclosure containing a plasmagenic gas and at least one applicator as described above, in which the inner wall and / or the outer wall of the dielectric tube is in contact. with the plasma gas.

Selon une forme d'exécution, le tube diélectrique est étanche et constitue ladite enceinte contenant le gaz plasmagène. Selon une variante, le tube diélectrique est situé à l'intérieur de l'enceinte. Le tube diélectrique peut être ouvert à son extrémité opposée à l'ensemble coaxial, le gaz plasmagène étant en contact avec la paroi interne et la paroi externe du tube.According to one embodiment, the dielectric tube is sealed and constitutes said chamber containing the plasma gas. According to one variant, the dielectric tube is located inside the enclosure. The dielectric tube may be open at its end opposite the coaxial assembly, the plasmagenic gas being in contact with the inner wall and the outer wall of the tube.

De manière alternative, le tube diélectrique peut être fermé à son extrémité opposée à l'ensemble coaxial, le gaz plasmagène étant en contact uniquement avec la paroi externe du tube. Par ailleurs, l'enceinte peut comprendre un dispositif d'introduction du gaz plasmagène dans l'enceinte et d'un dispositif de pompage du gaz plasmagène de l'intérieur vers l'extérieur de l'enceinte. Selon une forme particulière d'exécution, l'âme centrale comprend un conduit d'introduction du gaz plasmagène dans l'enceinte. La pression du gaz plasmagène à l'intérieur de l'enceinte est de préférence inférieure à 133 Pa.Alternatively, the dielectric tube may be closed at its end opposite the coaxial assembly, the plasmagenic gas being in contact only with the outer wall of the tube. Furthermore, the chamber may comprise a device for introducing the plasma gas into the chamber and a device for pumping the plasma gas from inside to outside the chamber. According to a particular embodiment, the central core comprises a conduit for introducing the plasma gas into the chamber. The plasma gas pressure inside the enclosure is preferably less than 133 Pa.

Enfin, un autre objet se rapporte à un procédé de production de plasma d'onde de surface le long d'un tube diélectrique dont la paroi interne et/ou la paroi externe est en contact avec un gaz plasmagène, caractérisé en ce qu'il comprend : - la propagation d'une onde électromagnétique dans un ensemble coaxial électriquement conducteur, formé d'une âme centrale et d'un conducteur externe entourant l'âme centrale et séparé de celle-ci par un volume annulaire de propagation de l'onde électromagnétique, et - l'introduction de ladite onde électromagnétique dans la section dudit tube diélectrique selon la direction longitudinale dudit tube, ledit tube diélectrique étant inséré, à l'extrémité dudit ensemble coaxial, dans le volume annulaire de propagation de l'onde 30 électromagnétique. Selon une forme de mise en oeuvre du procédé, l'onde électromagnétique est une onde micro-onde. De manière optionnelle, la pression du gaz plasmagène est inférieure à 133 Pa et l'on produit le plasma par résonance cyclotronique électronique. 35 Selon une autre forme d'exécution du procédé, l'onde électromagnétique est une onde radiofréquence. De manière avantageuse, on refroidit l'ensemble coaxial par une circulation d'un fluide de refroidissement à l'intérieur dudit ensemble.Finally, another object relates to a method of producing surface wave plasma along a dielectric tube whose inner wall and / or the outer wall is in contact with a plasma gas, characterized in that comprises: - the propagation of an electromagnetic wave in an electrically conductive coaxial assembly, formed of a central core and an outer conductor surrounding the central core and separated therefrom by an annular wave propagation volume electromagnetic wave, and - the introduction of said electromagnetic wave into the section of said dielectric tube in the longitudinal direction of said tube, said dielectric tube being inserted at the end of said coaxial assembly into the annular volume of propagation of the electromagnetic wave . According to one form of implementation of the method, the electromagnetic wave is a microwave wave. Optionally, the plasma gas pressure is less than 133 Pa and the plasma is produced by electron cyclotron resonance. According to another embodiment of the method, the electromagnetic wave is a radiofrequency wave. Advantageously, the coaxial assembly is cooled by a circulation of a cooling fluid inside said assembly.

Eventuellement, on refroidit le tube diélectrique par une circulation d'un fluide diélectrique de refroidissement à l'intérieur dudit tube diélectrique. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un schéma de principe d'un applicateur d'onde de surface conventionnel, - les figures 2A et 2B présentent respectivement des illustrations d'un surfatron et d'un surfaguide appartenant à l'état de la technique, - la figure 3 est un graphe illustrant l'évolution des composantes radiale et axiale du champ électrique du plasma vers l'extérieur du tube diélectrique, - la figure 4 est un schéma de principe d'un applicateur d'onde de surface selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 5 est un schéma de principe d'un applicateur d'onde de surface selon un deuxième mode de réalisation de l'invention (production de plasma à l'intérieur du tube diélectrique), - la figure 6 est un schéma de principe d'un applicateur d'onde de surface selon un troisième mode de réalisation de l'invention (production de plasma à l'extérieur du tube diélectrique), - la figure 7 présente un exemple de mode de réalisation permettant d'obtenir une adaptation d'impédance entre l'impédance du plasma et l'impédance caractéristique de la ligne coaxiale, - la figure 8 est un schéma de principe d'un dispositif de production de plasma selon une forme d'exécution particulière de l'invention, correspondant à la production de plasma en régime dynamique, impliquant une introduction de gaz et un pompage, - la figure 9 est un schéma de principe d'une variante d'un applicateur d'onde de surface selon l'invention, dans laquelle on applique en outre un champ magnétique au moyen d'un aimant permanent agencé à l'extrémité de l'âme centrale, - la figure 10 est un schéma de principe d'une variante d'un applicateur d'onde de surface selon l'invention, dans laquelle on applique en outre un champ magnétique au moyen d'un premier aimant permanent agencé à l'extrémité de l'âme centrale et d'un second aimant permanent annulaire agencé à l'extrémité du conducteur externe. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION La figure 4 est un schéma de principe d'un applicateur d'onde de surface 1 pour la production de plasma selon l'invention. Ledit applicateur comprend un ensemble coaxial 2 électriquement conducteur, formé d'une âme centrale 20 et d'un conducteur tubulaire externe 21 entourant l'âme centrale 20 et séparé de celle-ci par un volume annulaire 22 de propagation d'une onde électromagnétique W. Un tel ensemble coaxial 2 est connu en lui-même et sa conception est à la portée de l'homme du métier.Optionally, the dielectric tube is cooled by circulating a dielectric cooling fluid inside said dielectric tube. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other features and advantages of the invention will emerge from the detailed description which follows, with reference to the appended drawings in which: FIG. 1 is a block diagram of a conventional surface wave applicator; FIGS. 2A and 2B respectively show illustrations of a surfatron and a surfaguide belonging to the state of the art; FIG. 3 is a graph illustrating the evolution of the radial and axial components of the electric field of the plasma. to the outside of the dielectric tube, - Figure 4 is a block diagram of a surface wave applicator according to a first embodiment of the invention, - Figure 5 is a block diagram of an applicator surface wave according to a second embodiment of the invention (production of plasma inside the dielectric tube), - Figure 6 is a block diagram of a surface wave applicator according to a third embodiment of the invention. In the embodiment of the invention (production of plasma outside the dielectric tube), FIG. 7 shows an exemplary embodiment for obtaining impedance matching between the impedance of the plasma and the characteristic impedance of the coaxial line; FIG. 8 is a block diagram of a plasma production device according to a particular embodiment of the invention, corresponding to the plasma production in dynamic regime, involving an introduction of FIG. 9 is a block diagram of a variant of a surface wave applicator according to the invention, in which a magnetic field is also applied by means of a permanent magnet arranged at the end of the central core, - Figure 10 is a block diagram of a variant of a surface wave applicator according to the invention, wherein is further applied a magnetic field by means of a first permanent magnet agenc at the end of the central core and a second annular permanent magnet arranged at the end of the outer conductor. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION FIG. 4 is a block diagram of a surface wave applicator 1 for plasma production according to the invention. Said applicator comprises a coaxial assembly 2 electrically conductive, formed of a central core 20 and an outer tubular conductor 21 surrounding the central core 20 and separated therefrom by an annular volume 22 for propagating an electromagnetic wave W Such a coaxial assembly 2 is known in itself and its design is within the reach of those skilled in the art.

Par ailleurs, un tube diélectrique 3 est inséré, à l'extrémité de l'ensemble coaxial 2, dans le volume annulaire 22 de propagation de l'onde électromagnétique. Pour la génération de plasma, un gaz plasmagène est mis en contact avec le tube 3, le gaz plasmagène pouvant se situer à l'intérieur et/ou à l'extérieur dudit tube ou encore de part et d'autre du tube, selon les applications, dont quelques exemples seront décrits en détail plus bas. Le tube 3 peut être en tout matériau diélectrique, qui est un milieu adapté à la propagation d'une onde électromagnétique sans pertes significatives. De préférence, le tube 3 peut être en silice (SiO2), en alumine (A1203) ou en nitrure d'aluminium (AIN), sans que l'invention soit limitée à ces matériaux.Furthermore, a dielectric tube 3 is inserted at the end of the coaxial assembly 2 into the annular volume 22 of propagation of the electromagnetic wave. For plasma generation, a plasmagene gas is brought into contact with the tube 3, the plasmagenic gas being able to be located inside and / or outside said tube or on either side of the tube, according to the applications, some examples of which will be described in detail below. The tube 3 may be of any dielectric material, which is a medium adapted to the propagation of an electromagnetic wave without significant losses. Preferably, the tube 3 may be of silica (SiO 2), alumina (Al 2 O 3) or aluminum nitride (AlN), without the invention being limited to these materials.

Le tube 3 présente généralement une section circulaire et s'étend selon une direction longitudinale X. Le rayon du tube 3 est typiquement de l'ordre du centimètre, c'est-à-dire compris entre quelques millimètres et quelques centimètres selon l'application et les conditions opératoires.The tube 3 generally has a circular section and extends in a longitudinal direction X. The radius of the tube 3 is typically of the order of one centimeter, that is to say between a few millimeters and a few centimeters depending on the application. and the operating conditions.

L'épaisseur du tube 3 est généralement de l'ordre du millimètre. La longueur du tube est fonction de l'application visée. Typiquement, la longueur du tube 3 est grande devant le diamètre de l'applicateur coaxial (qui est de l'ordre du cm) et peut, suivant l'application, présenter une longueur pouvant aller de l'ordre de 5 cm à de l'ordre du mètre.The thickness of the tube 3 is generally of the order of one millimeter. The length of the tube depends on the intended application. Typically, the length of the tube 3 is large in front of the diameter of the coaxial applicator (which is of the order of 1 cm) and may, depending on the application, have a length that may range from about 5 cm to 1 cm. meter order.

En particulier, la longueur du tube 3 correspond avantageusement à la longueur sur laquelle on souhaite générer le plasma. Comme on le verra plus bas, le tube 3 peut être ouvert à son extrémité 33 opposée à l'ensemble coaxial 2 ; de manière alternative, le tube 3 peut être fermé à cette extrémité 33.In particular, the length of the tube 3 advantageously corresponds to the length on which it is desired to generate the plasma. As will be seen below, the tube 3 can be open at its end 33 opposite to the coaxial assembly 2; alternatively, the tube 3 can be closed at this end 33.

Une onde électromagnétique W se propageant dans le volume annulaire 22 de l'ensemble coaxial 2 est introduite dans la section du tube diélectrique 3 selon la direction longitudinale X dudit tube et se propage longitudinalement dans l'épaisseur dudit tube. Dans la partie coaxiale du dispositif, l'onde électromagnétique se propage selon un mode transversal électromagnétique (TEM), c'est-à-dire un mode où le champ électrique est purement radial. Dans le plan Y de sortie de l'applicateur 1, la normale à la surface métallique de l'âme centrale et du conducteur externe change de direction, en passant d'une direction radiale à la direction axiale, parallèle à l'axe X.An electromagnetic wave W propagating in the annular volume 22 of the coaxial assembly 2 is introduced into the section of the dielectric tube 3 in the longitudinal direction X of said tube and propagates longitudinally in the thickness of said tube. In the coaxial part of the device, the electromagnetic wave propagates in an electromagnetic transverse mode (TEM), that is to say a mode where the electric field is purely radial. In the output Y plane of the applicator 1, the normal to the metal surface of the central core and the external conductor changes direction, passing from a radial direction to the axial direction, parallel to the X axis.

Il apparaît donc une composante de champ électrique axiale (en plus de la composante radiale), ce qui constitue une situation très favorable au lancement d'une onde de surface (qui comporte à la fois une composante axiale et une composante radiale (cf. figure 3) le long du tube diélectrique au-delà du plan de sortie de l'applicateur.An axial electric field component (in addition to the radial component) thus appears, which constitutes a very favorable situation for launching a surface wave (which comprises both an axial component and a radial component (see FIG. 3) along the dielectric tube beyond the exit plane of the applicator.

On appelle plan de sortie de l'applicateur l'interface entre l'ensemble coaxial 2 et le gaz plasmagène, ledit plan de sortie constituant une frontière entre l'applicateur et le plasma généré. Selon les configurations de l'applicateur et du gaz plasmagène, ledit plan de sortie peut consister en le plan définissant l'extrémité de l'âme centrale 20 et/ou du conducteur externe 21, l'âme centrale et/ou le conducteur externe 21 étant en contact avec le gaz plasmagène. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 4, les extrémités de l'âme centrale 20 et du conducteur externe 21 sont coplanaires et forment ledit plan de sortie Y. Cependant, comme on le verra plus bas, les extrémités de l'âme centrale 20 et du conducteur externe 21 ne sont pas nécessairement coplanaires. Dans ce cas, le plan de sortie de l'applicateur est défini comme étant le plan définissant l'extrémité de la partie de l'ensemble coaxial qui est au contact du gaz plasmagène, selon que le gaz plasmagène est situé à l'intérieur et/ou à l'extérieur du tube diélectrique 3.The exit plane of the applicator is the interface between the coaxial assembly 2 and the plasma gas, said output plane constituting a boundary between the applicator and the plasma generated. According to the configurations of the applicator and the plasma gas, said exit plane may consist of the plane defining the end of the central core 20 and / or the outer conductor 21, the central core and / or the outer conductor 21 being in contact with the plasma gas. In the embodiment illustrated in FIG. 4, the ends of the central core 20 and of the outer conductor 21 are coplanar and form said outlet plane Y. However, as will be seen below, the ends of the central core 20 and the outer conductor 21 are not necessarily coplanar. In this case, the exit plane of the applicator is defined as the plane defining the end of the portion of the coaxial assembly which is in contact with the plasma gas, depending on whether the plasma gas is located inside and / or outside the dielectric tube 3.

Ainsi, dans le mode de réalisation illustré à la figure 5, le gaz plasmagène est confiné à l'intérieur du tube diélectrique 3 et le conducteur externe 21 dépasse de l'âme centrale 20. Dans ce cas, le plan de sortie Y de l'applicateur correspond au plan de l'extrémité de l'âme centrale 20, quelle que soit la position de l'extrémité du conducteur externe 21.Thus, in the embodiment illustrated in FIG. 5, the plasmagenic gas is confined inside the dielectric tube 3 and the outer conductor 21 protrudes from the central core 20. In this case, the output plane Y of the applicator corresponds to the plane of the end of the central core 20, regardless of the position of the end of the outer conductor 21.

Inversement, dans le mode de réalisation illustré à la figure 6, le gaz plasmagène est confiné dans une enceinte à l'extérieur du tube diélectrique 3, le conducteur externe affleurant avec la paroi de ladite enceinte et l'âme centrale 20 dépassant du conducteur externe 21. Dans ce cas, le plan de sortie Y de l'applicateur correspond au plan de l'extrémité du conducteur externe 21 et de la paroi de l'enceinte, quelle que soit la position de l'extrémité de l'âme centrale 20. En raison du changement de direction de la normale à la surface métallique dans le plan de sortie Y de l'applicateur, une composante de champ électrique axial apparaît, ce qui constitue une situation très favorable au lancement d'une onde de surface (qui comporte à la fois une composante axiale et une composante radiale) dans la section du tube diélectrique 3 au-delà du plan de sortie Y de l'applicateur. Ainsi, contrairement aux techniques existantes, dans lesquelles une onde électromagnétique est lancée dans le tube diélectrique tangentiellement à celui-ci, l'invention propose de lancer une onde électromagnétique selon la direction longitudinale dudit tube à partir d'une onde électromagnétique introduite dans la section du tube diélectrique. L'efficacité du système est ainsi sensiblement améliorée puisque, dans l'hypothèse d'une adaptation d'impédance parfaite, toute la puissance électromagnétique incidente est introduite puis se propage dans le tube diélectrique. Pour obtenir une adaptation d'impédance optimale, il est souhaitable de placer le dispositif d'adaptation d'impédance - qui est en lui-même un dispositif connu de l'homme du métier - dans l'ensemble coaxial, le plus près possible du plasma.Conversely, in the embodiment illustrated in FIG. 6, the plasmagenic gas is confined in an enclosure outside the dielectric tube 3, the external conductor flush with the wall of said enclosure and the central core 20 protruding from the external conductor 21. In this case, the output plane Y of the applicator corresponds to the plane of the end of the outer conductor 21 and the wall of the enclosure, whatever the position of the end of the central core 20 Due to the change of direction from the normal to the metal surface in the Y output plane of the applicator, an axial electric field component appears, which is a very favorable situation for launching a surface wave (which comprises both an axial component and a radial component) in the section of the dielectric tube 3 beyond the outlet plane Y of the applicator. Thus, unlike existing techniques, in which an electromagnetic wave is launched into the dielectric tube tangentially to it, the invention proposes to launch an electromagnetic wave in the longitudinal direction of said tube from an electromagnetic wave introduced in the section. dielectric tube. The efficiency of the system is thus substantially improved since, assuming a perfect impedance matching, all the incident electromagnetic power is introduced and then propagates in the dielectric tube. In order to obtain an optimal impedance matching, it is desirable to place the impedance matching device - which is in itself a device known to those skilled in the art - in the coaxial assembly, as close as possible to the plasma.

A titre d'exemple, la figure 7 décrit un exemple où l'adaptation d'impédance entre l'impédance du plasma Zp et l'impédance caractéristique Z, de l'ensemble coaxial est obtenue par un transformateur quart d'onde d'impédance Z, où : Z,2 = Z, Zp Dans ce cas, le tube diélectrique 3 doit être introduit dans l'ensemble coaxial sur une longueur correspondant à un quart de longueur d'onde (À/4) dans le diélectrique. De manière plus générale, l'homme du métier est à même de déterminer les moyens d'adaptation d'impédance entre une structure coaxiale donnée et une impédance de charge donnée. Pour la mise en oeuvre de l'invention, on peut employer une onde 20 électromagnétique dans une gamme de fréquences couvrant les domaines radiofréquence (RF) et micro-onde. Au sein de cette gamme, qui est très étendue, on peut notamment utiliser les fréquences ISM (acronyme de « industrielles, scientifiques et médicales) telles que 13,56 MHz, 27,12 MHz ou 40,68 MHz pour le domaine RF, et 433 MHz, 2,45 GHz ou 25 5,80 GHz pour le domaine micro-onde. Naturellement, cette liste n'est pas limitative et l'homme du métier pourra choisir toute autre fréquence dans le domaine RF (c'est-à-dire entre 1 et 100 MHz) ou dans le domaine micro-onde (c'est-à-dire entre 100 MHz et 10 GHz) sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. 30 Selon les applications, la puissance appliquée peut être comprise entre quelques watts (cas de l'éclairage par exemple) et quelques centaines de watts, voire davantage (cas du traitement des effluents gazeux par exemple). L'homme du métier est à même de déterminer la puissance adéquate en fonction de l'application envisagée. 35 Sous l'effet de l'onde électromagnétique se propageant dans le tube diélectrique 3, du plasma est généré dans le gaz plasmagène qui est au contact du tube 3. Comme mentionné précédemment, ledit gaz plasmagène peut être situé à l'intérieur et/ou à l'extérieur du tube diélectrique 3.By way of example, FIG. 7 describes an example where the impedance matching between the impedance of the plasma Zp and the characteristic impedance Z of the coaxial assembly is obtained by a quarter-wave impedance transformer. Z, where: Z, 2 = Z, Zp In this case, the dielectric tube 3 must be introduced into the coaxial assembly over a length corresponding to a quarter wavelength (λ / 4) in the dielectric. More generally, those skilled in the art are able to determine the impedance matching means between a given coaxial structure and a given load impedance. For carrying out the invention, an electromagnetic wave can be employed in a frequency range covering the radio frequency (RF) and microwave domains. Within this range, which is very extensive, it is possible to use the ISM frequencies (acronym for "industrial, scientific and medical) such as 13.56 MHz, 27.12 MHz or 40.68 MHz for the RF domain, and 433 MHz, 2.45 GHz or 5.80 GHz for the microwave domain. Naturally, this list is not limiting and the person skilled in the art can choose any other frequency in the RF range (that is to say between 1 and 100 MHz) or in the microwave domain (that is, ie between 100 MHz and 10 GHz) without departing from the scope of the present invention. Depending on the applications, the power applied may be between a few watts (for example, lighting) and a few hundred or more watts (for example, the treatment of gaseous effluents). The skilled person is able to determine the appropriate power depending on the intended application. Under the effect of the electromagnetic wave propagating in the dielectric tube 3, plasma is generated in the plasma gas which is in contact with the tube 3. As mentioned above, said plasma gas can be located inside and / or outside the dielectric tube 3.

Le gaz plasmagène peut être n'importe quel gaz dont les composants permettent de générer un plasma sous l'effet de l'onde électromagnétique se propageant dans le tube diélectrique 3. Dans les applications relatives à l'éclairage, le gaz plasmagène peut ainsi être constitué, de manière conventionnelle, d'un ou plusieurs gaz rares (notamment, de l'argon) et de mercure. A titre d'exemples non limitatifs, des gaz comme l'azote, l'oxygène, les gaz halogénés, ou tout autre gaz présentant des propriétés physico-chimiques intéressantes en vue d'une application ciblée peuvent aussi être envisagés.The plasma gas may be any gas whose components make it possible to generate a plasma under the effect of the electromagnetic wave propagating in the dielectric tube 3. In applications relating to the lighting, the plasma gas may thus be conventionally consisting of one or more rare gases (in particular argon) and mercury. As non-limiting examples, gases such as nitrogen, oxygen, halogenated gases, or any other gas having physicochemical properties of interest for targeted application can also be envisaged.

Selon une forme d'exécution de l'invention, le gaz plasmagène est confiné à l'intérieur du tube diélectrique 3, lequel est scellé à son extrémité 33 opposée à l'ensemble coaxial 2. Le tube diélectrique 3, une fois inséré dans l'ensemble coaxial 2, forme donc une enceinte étanche pour la génération de plasma.According to one embodiment of the invention, the plasmagenic gas is confined inside the dielectric tube 3, which is sealed at its end 33 opposite the coaxial assembly 2. The dielectric tube 3, once inserted into the coaxial assembly 2, thus forms a sealed enclosure for the generation of plasma.

La figure 5 illustre un exemple d'un tel mode de réalisation. Sur celle-ci, le gaz plasmagène 4 est enfermé dans le tube diélectrique 3 qui est scellé, à l'une de ses extrémités, autour de l'âme centrale 20 et, à son autre extrémité 33, par une paroi étanche. Comme on peut le voir sur cette figure, le conducteur externe 21 peut entourer au moins en partie le tube diélectrique 3, au-delà du plan de sortie de l'applicateur qui, dans ce mode de réalisation, correspond à l'extrémité de l'âme centrale 20. Cette configuration permet par exemple de constituer un blindage au niveau du plan de sortie de l'applicateur et d'éviter ainsi la transmission du rayonnement électromagnétique vers l'extérieur Selon une autre forme d'exécution de l'invention, illustrée sur la figure 6, le gaz plasmagène 4 est confiné dans une enceinte (non représentée) et le tube diélectrique 3 est lui-même inséré dans ladite enceinte. On forme ainsi préférentiellement du plasma à l'extérieur du tube diélectrique 3. Cette forme d'exécution est particulièrement avantageuse dans la mesure où le plasma généré à l'extérieur du tube diélectrique, le plasma absorbe le rayonnement électromagnétique. Un exemple particulier est celui de l'éclairage, où l'ampoule constitue ladite enceinte contenant le gaz plasmagène, le tube diélectrique étant agencé à l'intérieur de l'ampoule. Si le tube 3 est ouvert à son extrémité 33 et communique ainsi avec le volume de l'enceinte, il peut se former du plasma également à l'intérieur dudit tube 3. De manière optionnelle, comme on peut le voir sur la figure 6, l'âme centrale 20 peut occuper au moins en partie l'intérieur du tube diélectrique 3, au-delà du plan de sortie de l'applicateur qui, dans ce mode de réalisation, correspond à l'extrémité du conducteur externe 21. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux pour refroidir l'âme centrale 20 au moyen d'une circulation intérieure d'eau ou d'un fluide caloporteur quelconque dans le cas d'un caloduc) Concrètement, l'étanchéité du volume de plasma peut être réalisée par des techniques connues. Ainsi, l'étanchéité du volume de plasma vis-à-vis de l'applicateur peut être assurée par la mise en place de joints toriques entre le tube diélectrique et l'âme centrale et le conducteur externe de l'ensemble coaxial. De manière alternative ou complémentaire, le tube diélectrique peut être brasé sur l'âme centrale et le conducteur externe de l'ensemble coaxial. De manière optionnelle, le tube diélectrique peut être scellé, au voisinage de son extrémité insérée dans le volume annulaire de l'ensemble coaxial, par un bouchon en matériau diélectrique. Par ailleurs, lorsque le plasma doit être généré à l'extérieur du tube diélectrique, le tube diélectrique 3 peut être inséré à l'intérieur d'une enceinte étanche, le conducteur externe de l'ensemble coaxial affleurant de préférence avec la paroi intérieure de ladite enceinte (comme illustré à la figure 8 par exemple).Figure 5 illustrates an example of such an embodiment. On it, the plasma gas 4 is enclosed in the dielectric tube 3 which is sealed at one of its ends around the central core 20 and at its other end 33 by a sealed wall. As can be seen in this figure, the outer conductor 21 may at least partially surround the dielectric tube 3, beyond the exit plane of the applicator which, in this embodiment, corresponds to the end of the central core 20. This configuration makes it possible, for example, to form a shield at the level of the exit plane of the applicator and thus to prevent the transmission of the electromagnetic radiation to the outside. According to another embodiment of the invention, illustrated in Figure 6, the plasma gas 4 is confined in a chamber (not shown) and the dielectric tube 3 is itself inserted into said chamber. Plasma is thus preferably formed outside the dielectric tube 3. This embodiment is particularly advantageous insofar as the plasma generated outside the dielectric tube, the plasma absorbs the electromagnetic radiation. A particular example is that of lighting, where the bulb constitutes said enclosure containing the plasma gas, the dielectric tube being arranged inside the bulb. If the tube 3 is open at its end 33 and thus communicates with the volume of the chamber, plasma can also be formed inside said tube 3. Optionally, as can be seen in FIG. the central core 20 may occupy at least partly the inside of the dielectric tube 3, beyond the exit plane of the applicator which, in this embodiment, corresponds to the end of the outer conductor 21. This mode embodiment is particularly advantageous for cooling the central core 20 by means of an internal circulation of water or any heat transfer fluid in the case of a heat pipe). Concretely, the sealing of the plasma volume can be achieved by known techniques. Thus, the sealing of the plasma volume vis-à-vis the applicator can be ensured by the establishment of O-rings between the dielectric tube and the central core and the outer conductor of the coaxial assembly. Alternatively or additionally, the dielectric tube may be brazed to the central core and the outer conductor of the coaxial assembly. Optionally, the dielectric tube may be sealed, near its end inserted into the annular volume of the coaxial assembly, by a plug of dielectric material. On the other hand, when the plasma is to be generated outside the dielectric tube, the dielectric tube 3 can be inserted inside a sealed enclosure, the outer conductor of the coaxial assembly preferably flush with the inner wall of the said enclosure (as illustrated in Figure 8 for example).

L'étanchéité entre l'ensemble coaxial et la paroi de l'enceinte qu'il traverse est assurée par tout moyen approprié, tel que des joints toriques, un brasage, etc. Dans le cas d'application à l'éclairage, l'applicateur fonctionne en régime statique, c'est-à-dire sans flux de gaz plasmagène. De manière alternative, l'applicateur peut être mis en oeuvre en régime dynamique, c'est-à-dire dans une enceinte contenant un dispositif de pompage de gaz plasmagène de l'extérieur vers l'intérieur de l'enceinte. Ce mode de réalisation particulier est illustré à la figure 8, où un dispositif de pompage 5 a été schématisé dans l'enceinte. De manière optionnelle (illustrée également à la figure 8), l'âme peut comprendre un conduit 23 d'introduction de gaz plasmagène dans l'enceinte. Cette forme d'exécution de l'invention est avantageuse lorsque l'on met en oeuvre une réaction chimique dans le plasma (par exemple pour le traitement d'effluents), puisqu'un renouvellement du gaz plasmagène et l'évacuation des produits de la réaction sont alors nécessaires.The seal between the coaxial assembly and the wall of the enclosure through which it passes is ensured by any appropriate means, such as O-rings, brazing, etc. In the case of application to lighting, the applicator operates in static mode, that is to say without plasma gas flow. Alternatively, the applicator can be implemented in dynamic mode, that is to say in an enclosure containing a device for pumping plasma gas from outside to inside the chamber. This particular embodiment is illustrated in FIG. 8, where a pumping device 5 has been schematized in the enclosure. Optionally (also illustrated in FIG. 8), the core may comprise a conduit 23 for introducing plasma gas into the chamber. This embodiment of the invention is advantageous when a chemical reaction is carried out in the plasma (for example for the treatment of effluents), since a renewal of the plasma gas and the evacuation of the products of the reaction are then necessary.

Grâce au dispositif de pompage 5 et, le cas échéant, au conduit 23, on peut ainsi contrôler la pression de travail ou le débit de gaz en régime dynamique. Dans le cas de l'utilisation de puissances électromagnétiques élevées, il peut être nécessaire de refroidir l'applicateur.Thanks to the pumping device 5 and, if appropriate, to the conduit 23, it is possible to control the working pressure or the gas flow rate in dynamic mode. In the case of using high electromagnetic power, it may be necessary to cool the applicator.

Ce refroidissement peut être effectué par circulation d'un fluide adéquat (par exemple, de l'eau) à l'intérieur de l'âme centrale et/ou du conducteur externe de l'ensemble coaxial. Il est également possible de faire circuler un fluide de refroidissement diélectrique dans l'espace 22 de propagation des micro-ondes. La définition et la réalisation des canaux permettant cette circulation est connue en elle-même et à la portée de l'homme du métier selon les contraintes techniques rencontrées. Lorsque l'on travaille à de très fortes puissances, il peut être nécessaire de refroidir également le tube diélectrique. Ceci peut être réalisé en faisant circuler un fluide diélectrique dans l'épaisseur dudit tube, et/ou à l'intérieur du tube diélectrique (dans le cas où le plasma est produit à l'extérieur du tube) De manière générale, les plasmas à onde de surface sont produits en l'absence de champ magnétique statique, sauf à basse pression où un champ magnétique axial (dans la direction du tube) peut être appliqué pour améliorer le confinement radial du plasma (diminution des pertes de plasma sur les parois du tube) où produire une excitation du plasma à la résonance cyclotronique électronique. Un premier mode de réalisation simplifié, illustré à la figure 9, peut être obtenu en insérant à l'extrémité de l'âme centrale 20 de la structure coaxiale un aimant cylindrique 200 d'aimantation axiale. Un autre mode de réalisation, encore plus avantageux, permet de bénéficier du mode de résonance cyclotronique électronique (RCE). A la résonance cyclotronique électronique, les électrons sont accélérés très efficacement par le champ électrique micro-onde si l'intensité du champ magnétique (qui peut être produit par des bobines ou des aimants permanents) est telle que la fréquence de giration des électrons dans le champ magnétique est égale à la fréquence f0 du champ électrique micro-onde, soit : fo = e Bo / 2 rr me (1) où me est la masse de l'électron, -e est la charge de l'électron et Bo l'intensité du champ magnétique correspondant à la résonance cyclotronique électronique (RCE) pour la fréquence micro-onde fo. En l'absence de collisions, la trajectoire des électrons dits rapides, ainsi accélérés à la résonance cyclotronique électronique dans le champ magnétique, s'enroule alors suivant un mouvement hélicoïdal autour d'une ligne de champ magnétique et chaque électron peut ainsi osciller entre deux points miroir où la vitesse de l'électron parallèle à la ligne de champ magnétique s'annule et change de signe.This cooling can be effected by circulating a suitable fluid (for example, water) inside the central core and / or the outer conductor of the coaxial assembly. It is also possible to circulate a dielectric cooling fluid in the microwave propagation space 22. The definition and the realization of the channels allowing this circulation is known in itself and within the reach of the person skilled in the art according to the technical constraints encountered. When working at very high power, it may be necessary to cool the dielectric tube as well. This can be achieved by circulating a dielectric fluid in the thickness of said tube, and / or inside the dielectric tube (in the case where the plasma is produced outside the tube). surface wave are produced in the absence of a static magnetic field, except at low pressure where an axial magnetic field (in the tube direction) can be applied to improve the radial confinement of the plasma (decrease plasma losses on the walls of the tube) where to produce a plasma excitation at the electron cyclotron resonance. A first simplified embodiment, illustrated in FIG. 9, can be obtained by inserting at the end of the central core 20 of the coaxial structure a cylindrical magnet 200 of axial magnetization. Another embodiment, even more advantageous, makes it possible to benefit from the electronic cyclotron resonance (ECR) mode. At electron cyclotron resonance, the electrons are accelerated very efficiently by the microwave electric field if the intensity of the magnetic field (which can be produced by coils or permanent magnets) is such that the frequency of electron gyration in the magnetic field is equal to the frequency f0 of the microwave electric field, ie: fo = e Bo / 2 rr me (1) where me is the mass of the electron, -e is the charge of the electron and Bo l intensity of the magnetic field corresponding to the electron cyclotron resonance (ECR) for the microwave frequency fo. In the absence of collisions, the trajectory of so-called fast electrons, thus accelerated to the electronic cyclotron resonance in the magnetic field, then winds in a helicoidal motion around a magnetic field line and each electron can thus oscillate between two mirror points where the speed of the electron parallel to the magnetic field line vanishes and changes sign.

Pour mettre en oeuvre ce mode de résonance, l'applicateur comprend, comme illustré à la figure 10 : - un aimant permanent cylindrique 200, agencé à l'extrémité de l'âme centrale 20 et dont la direction d'aimantation (schématisée par une flèche) est parallèle à l'axe X ; ledit aimant présente un rayon sensiblement identique à celui de l'âme centrale 20 (concrètement, l'aimant cylindrique peut présenter un rayon légèrement inférieur à celui de l'âme centrale et être logé dans un logement cylindrique ménagé à l'extrémité de l'âme centrale) ; - un aimant annulaire 201, agencé à l'extrémité du conducteur externe 21 de l'ensemble coaxial et dont la direction d'aimantation (schématisée par une flèche) est parallèle à l'axe X et de même sens que celle de l'aimant cylindrique 200. De préférence, ledit aimant annulaire présente un rayon intérieur sensiblement égal à celui du conducteur externe 21, qui correspond au rayon extérieur du volume annulaire 22 de propagation des micro-ondes, noté R. Concrètement, l'aimant annulaire peut présenter un rayon intérieur légèrement supérieur à celui du conducteur externe et un rayon extérieur inférieur à celui du conducteur externe et être logé dans un logement annulaire ménagé à l'extrémité du conducteur externe. Les aimants peuvent être rendus solidaires de l'ensemble coaxial par tout moyen approprié.To implement this resonance mode, the applicator comprises, as illustrated in FIG. 10: a cylindrical permanent magnet 200, arranged at the end of the central core 20 and whose direction of magnetization (schematized by a arrow) is parallel to the X axis; said magnet has a radius substantially identical to that of the central core 20 (concretely, the cylindrical magnet may have a radius slightly less than that of the central core and be housed in a cylindrical housing provided at the end of the central soul); an annular magnet 201, arranged at the end of the outer conductor 21 of the coaxial assembly and whose magnetization direction (represented by an arrow) is parallel to the axis X and in the same direction as that of the magnet cylindrical 200. Preferably, said annular magnet has an inner radius substantially equal to that of the outer conductor 21, which corresponds to the outer radius of the annular volume 22 of propagation of microwaves, noted R. Concretely, the annular magnet may have a inner radius slightly greater than that of the outer conductor and outer radius less than that of the outer conductor and be housed in an annular housing provided at the end of the outer conductor. The magnets can be made integral with the coaxial assembly by any appropriate means.

L'aimantation de l'aimant cylindrique 200 et de l'aimant annulaire 201 est choisie de sorte à former un champ magnétique propre à procurer, dans une zone distante du plan de sortie Y de l'applicateur, un couplage de résonance cyclotronique électronique avec le champ électrique micro-onde généré par l'applicateur. Ceci suppose que l'aimantation desdits aimants 200 et 201 soit suffisante pour générer, à distance du plan de sortie Y de l'applicateur, un champ magnétique présentant l'intensité Bo permettant la résonance cyclotronique électronique en fonction de la fréquence micro-onde prévue, selon la formule (1) ci-dessus. Pour une excitation du plasma à la résonance cyclotronique électronique par des micro-ondes à 2,45 GHz, la condition de résonance (Bo = 875 gauss) peut être obtenue par des aimants permanents conventionnels, par exemple en samarium-cobalt. D'autre part, l'aimant cylindrique 200 et l'aimant annulaire 201 permettent de générer des lignes de champ magnétique qui traversent la zone de couplage de résonance cyclotronique électronique selon une direction sensiblement parallèle à l'axe X de l'applicateur.The magnetization of the cylindrical magnet 200 and the annular magnet 201 is chosen so as to form a magnetic field capable of providing, in a zone remote from the output plane Y of the applicator, an electron cyclotron resonance coupling with the microwave electric field generated by the applicator. This assumes that the magnetization of said magnets 200 and 201 is sufficient to generate, at a distance from the output plane Y of the applicator, a magnetic field having the intensity Bo allowing electronic cyclotron resonance as a function of the microwave frequency provided. according to formula (1) above. For excitation of the plasma at electron cyclotron resonance by microwaves at 2.45 GHz, the resonance condition (Bo = 875 gauss) can be obtained by conventional permanent magnets, for example samarium-cobalt. On the other hand, the cylindrical magnet 200 and the annular magnet 201 make it possible to generate magnetic field lines that pass through the electron cyclotron resonance coupling zone in a direction substantially parallel to the X axis of the applicator.

Cet effet peut être obtenu par un choix judicieux du rayon extérieur et de l'aimantation de l'aimant annulaire 201.This effect can be obtained by a judicious choice of the outer radius and the magnetization of the annular magnet 201.

En effet, plus l'aimant annulaire 201 présente un rayon extérieur important, plus les lignes d'iso-intensité du champ magnétique généré à distance de l'applicateur restent parallèles au plan de sortie Y de l'applicateur sur un rayon important. La zone de résonance cyclotronique électronique étant délimitée, dans la direction radiale, par la zone dans laquelle le champ électrique micro-onde est le plus fort, l'utilisation d'un aimant annulaire dont le rayon extérieur est bien supérieur au rayon de cette zone permet l'obtention d'une zone de RCE sensiblement parallèle au plan de sortie Y de l'applicateur. On considère que cette zone de champ électrique fort s'étend sur un rayon de l'ordre du double du rayon de l'applicateur. Par conséquent, si l'aimant annulaire 201 présente un rayon extérieur supérieur au rayon de la zone de champ électrique fort, la zone de RCE est sensiblement parallèle au plan de sortie de l'applicateur sur toute son étendue de rayon 2R. D'autre part, du fait de la présence de l'aimant annulaire 201 ayant un rayon extérieur supérieur à 2R, les lignes de champ qui partent du pôle situé au niveau du plan de sortie de l'applicateur pour rejoindre le pôle opposé, restent sensiblement parallèles à l'axe X de l'applicateur pendant leur traversée de la zone ZRCE de rayon 2R, y compris à la périphérie de cette zone. En d'autres termes, l'aimant annulaire a pour effet de « redresser » les lignes de champ à la périphérie de la zone de RCE. Les applicateurs conformes aux différents modes de réalisation de l'invention peuvent être avantageusement utilisés, unitairement ou associés pour former des sources étendues, dans de multiples applications. Parmi celles-ci, on peut citer de manière non limitative l'éclairage, la formation de sources de plasma étendues pour effectuer des traitements de surface (par association de plusieurs applicateurs dans une même enceinte), la gravure pour la microélectronique et les nanotechnologies, le traitement des effluents gazeux, la stérilisation plasma, les sources d'espèces neutres, les sources de photons, ou encore la propulsion ionique. L'invention permet en effet de remédier aux inconvénients des dispositifs existants décrits plus haut. En particulier, l'applicateur présente une conception et une fabrication sensiblement plus simples que les dispositifs existants, et adaptées à une vaste gamme de fréquences (RF et micro-ondes). Par ailleurs, l'encombrement radial de l'applicateur est déterminé par l'encombrement de l'ensemble coaxial (typiquement, le diamètre extérieur du conducteur tubulaire externe), qui est généralement sensiblement plus faible que celui des dispositifs à lancement d'onde tangentiel tels que le surfatron et le surfaguide illustrés aux figures 2A et 2B.In fact, the larger the outside radius of the annular magnet 201, the more the iso-intensity lines of the magnetic field generated at a distance from the applicator remain parallel to the output plane Y of the applicator over a large radius. Since the electron cyclotron resonance zone is delimited, in the radial direction, by the zone in which the microwave electric field is the strongest, the use of an annular magnet whose outside radius is much greater than the radius of this zone makes it possible to obtain a zone of ECR substantially parallel to the output plane Y of the applicator. This zone of strong electric field is considered to extend over a radius of the order of twice the radius of the applicator. Therefore, if the annular magnet 201 has an outer radius greater than the radius of the strong electric field area, the ECR region is substantially parallel to the exit plane of the applicator over its entire radius 2R range. On the other hand, because of the presence of the annular magnet 201 having an outer radius greater than 2R, the field lines that start from the pole located at the exit plane of the applicator to reach the opposite pole remain substantially parallel to the axis X of the applicator during their crossing of the ZRCE zone of radius 2R, including the periphery of this zone. In other words, the annular magnet has the effect of "straightening" the field lines at the periphery of the ECR area. Applicators according to the various embodiments of the invention can be advantageously used, unitarily or in combination to form extended sources, in multiple applications. Among these, there may be mentioned in a nonlimiting manner lighting, the formation of plasma sources extended to perform surface treatments (by combining several applicators in the same enclosure), etching for microelectronics and nanotechnologies, the treatment of gaseous effluents, plasma sterilization, sources of neutral species, photon sources, or ion propulsion. The invention makes it possible to remedy the disadvantages of the existing devices described above. In particular, the applicator has a design and manufacture substantially simpler than existing devices, and adapted to a wide range of frequencies (RF and microwave). Furthermore, the radial size of the applicator is determined by the overall size of the coaxial assembly (typically the external diameter of the outer tubular conductor), which is generally substantially smaller than that of tangential wave launch devices. such as surfatron and surfaguide illustrated in Figures 2A and 2B.

A titre d'exemple, le diamètre d'un applicateur coaxial est de l'ordre de 1 à 2 cm alors que les dimensions d'un surfaguide sont de l'ordre de la longueur d'onde de l'onde électromagnétique. D'autre part, l'applicateur fonctionne avec les dispositifs d'adaptation d'impédance conventionnels, en fonction de la fréquence de l'onde électromagnétique employée, et ne nécessite donc pas la mise en oeuvre de dispositifs encombrants et coûteux. L'onde de surface étant lancée dans une seule direction (à savoir, la direction de l'extrémité 33 du tube diélectrique 3 opposée à l'ensemble coaxial 2), il n'y a pas de déperdition d'énergie.For example, the diameter of a coaxial applicator is of the order of 1 to 2 cm while the dimensions of a surfaguide are of the order of the wavelength of the electromagnetic wave. On the other hand, the applicator works with conventional impedance matching devices, depending on the frequency of the electromagnetic wave employed, and therefore does not require the implementation of bulky and expensive devices. The surface wave being launched in a single direction (that is, the direction of the end 33 of the dielectric tube 3 opposite the coaxial assembly 2), there is no loss of energy.

L'efficacité énergétique de l'applicateur est donc optimale. Enfin, comme mentionné plus haut, l'applicateur peut être aisément adapté à un couplage par résonance électronique cyclotronique (RCE) pour former et maintenir le plasma à basse pression. Les modifications structurelles à apporter à l'applicateur sont en effet minimes, puisqu'il suffit, comme on l'a vu plus haut, de disposer des aimants permanents à l'extrémité de l'âme centrale et du conducteur externe de l'ensemble coaxial. REFERENCES [1] M. Moisan, J. Pelletier, Physique des plasmas collisionnels, EDP Sciences, Les Ulis, France (2006), pp 405-408 [2] M. Moisan, Z. Zakrzewski, Surface wave plasma sources, dans "Microwave Excited Plasmas", édité par M. Moisan et J. Pelletier, Elsevier, Amsterdam (novembre 1992) Chapitre 5, pp 123-180, Fig. 5.13 [3] M. Moisan, J. Margot, Z. Zakrzewski, Surface wave plasma sources, dans "High Density Plasma Sources", édité par Oleg A. Popov, Noyes Publication, Park Ridge, New Jersey (1995) Chap 5, pp 191-250The energy efficiency of the applicator is therefore optimal. Finally, as mentioned above, the applicator can be readily adapted to cyclotron electron resonance (ECR) coupling to form and maintain the plasma at low pressure. The structural modifications to be made to the applicator are indeed minimal, since it suffices, as we saw above, to have permanent magnets at the end of the central core and the outer conductor of the assembly. coaxial. REFERENCES [1] M. Moisan, J. Pelletier, Collisional plasma physics, EDP Sciences, Les Ulis, France (2006), pp 405-408 [2] M. Moisan, Z. Zakrzewski, Surface wave plasma sources, in " Microwave Excited Plasmas ", edited by M. Moisan and J. Pelletier, Elsevier, Amsterdam (November 1992) Chapter 5, pp 123-180, Fig. 5.13 [3] M. Moisan, J. Margot, Z. Zakrzewski, Surface Wave Plasma Sources, in "High Density Plasma Sources", edited by Oleg A. Popov, Noyes Publication, Park Ridge, New Jersey (1995) Chap 5, pp 191-250

Claims

REVENDICATIONS1. Surface wave applicator (1) for the production of plasma, comprising: - an electrically conductive coaxial assembly (2) formed of a central core (20) and an outer tubular conductor (21) surrounding the core central (20) and separated therefrom by an annular volume (22) for propagation of an electromagnetic wave (W), and - a dielectric tube (3) inserted at the end of said coaxial assembly (2), in said annular volume (22) for propagation of the electromagnetic wave, such that an electromagnetic wave (N) propagating in the coaxial assembly (2) is introduced into the section of said dielectric tube (3) in the longitudinal direction ( X) of said tube (3) to produce a surface wave plasma along the dielectric tube when the inner wall (30) and / or the outer wall (31) of said tube (3) is in contact with a plasma gas ( 4).

2. Applicator according to claim 1, characterized in that the ends of the central core (20) and the outer conductor (21) of the coaxial assembly (2) are coplanar.

3. Applicator according to claim 1, characterized in that the outer conductor (21) at least partially surrounds the dielectric tube (3) beyond the plane of the end of the central core (20).

4. Applicator according to claim 1, characterized in that the central core (20) occupies at least partially the inner volume of the dielectric tube (3) beyond the plane of the end of the outer conductor (21).

5. Applicator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the coaxial assembly comprises an impedance matching device.

6. Applicator according to claim 5, characterized in that the length of the dielectric tube (3) inserted in the coaxial assembly (2) is chosen to ensure the impedance matching between the impedance of the plasma (Zp) and the characteristic impedance (Z,) of the coaxial assembly (2).

Applicator according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the coaxial assembly (2) comprises a circulation circuit for a cooling fluid arranged in the central core (20) and / or in the conductor. external (21).

8. Applicator according to one of claims 1 to 7, characterized in that the dielectric tube (3) comprises a circulation circuit of a cooling dielectric fluid arranged in the thickness of said tube.

9. Applicator according to one of claims 1 to 8, characterized in that it further comprises a cylindrical permanent magnet whose direction of magnetization is parallel to the axis of the applicator, arranged at the end of the central soul.

10. Applicator according to one of claims 1 to 8, characterized in that it further comprises: - a cylindrical permanent magnet whose magnetization direction is parallel to the axis of the applicator, arranged at the end of the central core and, - at least one annular permanent magnet whose direction of magnetization is parallel to the axis of the applicator and in the same direction as the magnetization of the central cylindrical magnet, arranged around the end of the outer conductor, the magnetization of said magnets being chosen so as to form a magnetic field capable of providing, in a zone distant from the end of the applicator, an electron cyclotron resonance coupling with the generated microwave electric field by said applicator, the outer radius and the magnetization of the annular magnet being further selected so that the magnetic field lines generated by said magnets pass through the cyclotron resonance coupling zone electronics in a direction substantially parallel to the axis of the applicator.

Surface wave plasma production device, comprising an enclosure containing a plasmagenic gas (4) and at least one applicator (1) according to one of claims 1 to 10, wherein the inner wall (30) and / or the outer wall (31) of the dielectric tube (3) is in contact with the plasma gas (4).

12. Device according to claim 11, characterized in that the dielectric tube (3) is sealed and constitutes said enclosure containing the plasma gas (4).

13. Device according to claim 11, characterized in that the dielectric tube (3) is located inside the enclosure.

14. Device according to claim 13, characterized in that the dielectric tube (3) is open at its end (33) opposite the coaxial assembly (2), the plasmagenic gas (4) being in contact with the inner wall ( 30) and the outer wall (31) of the tube (3).

15. Device according to claim 13, characterized in that the dielectric tube (3) is closed at its opposite end (33) to the coaxial assembly (2), the plasmagenic gas (4) being in contact only with the outer wall. (31) of the tube (3).

16. Device according to one of claims 14 or 15, characterized in that the enclosure comprises a device for introducing the plasma gas into the chamber and a device (5) for pumping the plasma gas (4) of the inside to the outside of the enclosure.

17. Device according to one of claims 14 to 16, characterized in that the central core (20) comprises a conduit (23) for introducing the plasma gas into the chamber.

18. Device according to one of claims 11 to 17, characterized in that the pressure of the plasma gas inside the chamber is less than 133 Pa.

19. A method of producing surface wave plasma along a dielectric tube (3) whose inner wall (30) and / or the outer wall (31) is in contact with a plasma gas (4), characterized in that it comprises:

The propagation of an electromagnetic wave (N) in an electrically conductive coaxial assembly (2) formed of a central core (20) and an outer conductor (21) surrounding the central core (20) and separated thereof by an annular volume (22) for propagating the electromagnetic wave and - introducing said electromagnetic wave (W) into the section of said dielectric tube (3) in the longitudinal direction (X) of said tube ( 3), said dielectric tube (3) being inserted at the end of said coaxial assembly (2) into the annular volume (22) for propagation of the electromagnetic wave. 20. The method of claim 19, characterized in that the electromagnetic wave is a microwave wave.

21. The method of claim 20, characterized in that the plasma gas pressure is less than 133 Pa and in that the plasma is produced by electron cyclotron resonance. 35 10

22. The method of claim 19, characterized in that the electromagnetic wave is a radio frequency wave.

23. Method according to one of claims 19 to 22, characterized in that the coaxial assembly (2) is cooled by a circulation of a cooling fluid inside said assembly

24. Method according to one of claims 19 to 23, characterized in that the dielectric tube (3) is cooled by a circulation of a dielectric cooling fluid inside said dielectric tube.