Rev. Phys. Appl. (Paris) 16, 549-577 (1981)
DOI: 10.1051/rphysap:019810016010054900

Les générateurs à plasma

F. Kassabji et P. Fauchais

Université de Limoges, 123, rue Albert Thomas, 87060 Limoges Cedex, France

Abstract
This paper presents in the first part a study of some phenomena in plasma generators. After a brief definition of the plasma and its production we present the essential characteristics of plasma arcs and their particularities in the potential distribution. The electrodes influence appears in the attachment phenomena as well as in the created cathodic and anodic jets. The different stabilization methods of these arcs (by wall, by transpiration, by vortex-liquid or gas injection or by magnetic field) are displayed as well as the arc performance in its electric circuit. The specific phenomena of electrodes in alternative current plasma generators are indicated briefly. Finally the electrodes wear is discussed and the life time of electrodes is evaluated under different atmospheres. The second part is treating of conception and modelling of plasma generators taking into consideration the great influence of high temperature plasma properties. Semi-empirical relations allowing different plasma reactors modelling are determined for different gases. In the third part, and after the study of essential characteristics of low enthalpy plasma generators and their using, we present the different plasma generators in use. The classification depends on the one hand on a structure parameter : electrodes nature (hot or cold) and on the other hand on two working parameters : the stabilization mode of the arc column and the nature of the used plasma gas (oxidant, neutral or reductant). The last part deals high enthalpy plasma generators classified according to the used stabilization modes.

Résumé
Cet article présente dans une première partie une étude des phénomènes rencontrés dans les générateurs à plasma. Après une définition sommaire du plasma et de sa génération, nous exposerons les caractéristiques essentielles des arcs plasmas et leurs particularités dans la distribution du potentiel. Le rôle des électrodes apparaît dans les phénomènes d'attachement ainsi que dans les jets cathodique et anodique créés. Les différentes méthodes de stabilisation de ces arcs (par la paroi, par transpiration, par injection tourbillonnaire d'un liquide ou d'un gaz ou par champ magnétique) sont exposées ainsi que le comportement de l'arc dans son circuit électrique d'alimentation. Les phénomènes propres aux électrodes dans les générateurs à plasma à courant alternatif sont brièvement indiqués et enfin l'usure des électrodes est discutée permettant ainsi d'évaluer la durée de vie des électrodes sous différentes atmosphères. La seconde partie est consacrée aux principes de conception et de modélisation des générateurs à plasma et la forte influence des propriétés de gaz à haute température. Des relations semi-empiriques permettant la modélisation des différents réacteurs à plasma sont déterminées pour divers gaz. Dans la troisième partie, et après l'étude des caractéristiques principales des générateurs à plasma à faible enthalpie et de leurs utilisations, nous présentons les divers générateurs à plasma utilisés. La classification faite est liée d'une part à un paramètre de structure : nature des électrodes (chaudes ou froides) et d'autre part à deux paramètres de fonctionnement : mode de stabilisation de la colonne de l'arc et nature des gaz plasmagènes utilisés (oxydants, neutres ou réducteurs). Enfin, la dernière partie traite des générateurs à plasma à forte enthalpie classés selon les modes de stabilisation utilisés.

PACS
0130R - Reviews and tutorial papers: resource letters.
5250D - Plasma sources.
5275 - Plasma devices and applications.
5280M - Arcs and sparks.

Key words
arcs electric -- plasma devices -- plasma jets -- reviews -- plasma production -- cathodic jets -- stabilisation method -- plasma generators -- electrode influence -- attachment phenomena -- anodic jets -- arc performance -- electric circuit -- high temperature plasma properties