Le plasma idéal, un nouvel atout pour la spectrométrie
Les sources de rayonnement idéales sont très recherchées en spectroscopie : leur rayonnement est maîtrisé au point de suivre des modèles simples basés sur les lois statistiques d’équilibre. Des chercheurs du laboratoire Lasers, plasmas et procédés photoniques, du NILPRP1 (Roumanie), de l’université allemande de Wildau (Allemagne) et de l’université de Belgrade (Serbie) ont ainsi développé une source plasma idéale. Ces travaux sont publiés dans la revue Physical Review E.
- 1National Institute for Laser, Plasma & Radiation Physics, Roumanie.
Un plasma présente généralement des gradients de température et de densité qui complexifient l’analyse de son rayonnement. Une analyse spectrométrique du plasma nécessite alors un étalonnage. Si l’on souhaite par exemple mesurer par LIBS2 la concentration de carbone dans un acier, il est nécessaire d’établir au préalable une courbe d’étalonnage à partir d’échantillons d’acier comportant différentes concentrations connues de carbone.
Des chercheurs du laboratoire Lasers, plasmas et procédés photoniques (LP3, CNRS/Aix Marseille Université), ainsi que de Roumanie, d’Allemagne et de Serbie, ont malgré tout présenté un plasma qui se comporte comme une source idéale. Dans un plasma obtenu par ablation laser d’un matériau solide dans un gaz inerte, la densité initiale très élevée permet d’atteindre plus vite l’équilibre thermique, la thermalisation, et de ralentir la diffusion du plasma, son expansion, tandis que l’atmosphère de gaz inerte minimise les échanges thermiques entre le gaz et le plasma. Ce dernier est alors à la fois uniforme et en équilibre, un état mis en évidence par des signatures spectrales jamais encore observées pour d’autres sources plasma.
Cette avancée ouvre de nouvelles applications en spectroscopie des plasmas, notamment dans l’analyse élémentaire rapide de matériaux complexes tels que des sols ou des aliments, puisque l’étalonnage n’est plus nécessaire.
Présentation schématique du plasma produit par ablation laser et spectre d’émission du plasma caractérisé par la saturation des transitions atomiques à la luminance spectrale du corps noir : illustration d’une source de rayonnement uniforme et en équilibre thermodynamique local.
Références :
Ideal radiation source for plasma spectroscopy generated by laser ablation
Jörg Hermann, David Grojo, Emanuel Axente, Christoph Gerhard, Miloš Burger, and Valentin Craciun
Phys. Rev. E 96, 053210
DOI : 10.1103/PhysRevE.96.053210
- 2Laser-induced breakdown spectroscopy, ou spectroscopie du plasma induit par laser.