Étude spatiale et temporelle d’un plasma produit par une onde électromagnétique de surface impulsionnelle dans l’hélium

Abstract

L’isotope d’hélium 3 avec une polarisation nucléaire induite, déjà très utile dans différents domaines de recherche nucléaire a été identifié comme un marqueur idéal afin d’améliorer l’imagerie médicale par résonance magnétique des voies respiratoires. Le processus de production de cette polarisation le plus souvent utilisé est le pompage optique par échange de métastabilité (MEOP), celui-ci est cependant présentement inadéquat pour une utilisation à grande échelle de l’hélium 3. Les publications qui cherchent à optimiser le processus MEOP négligent la première étape qui est la production d’un plasma d’hélium à l’intérieur duquel le processus doit se dérouler. En étudiant un plasma d’hélium produit dans différentes conditions, nous avons pour but d’identifier les conditions optimales favorisant le processus d’échange de métastabilité. Le plasma produit par une onde électromagnétique de surface a été identifié comme une piste possible à cause de sa simplicité et de sa flexibilité opératoire. Le fonctionnement du plasma en régime impulsionnel permet d’étudier certaines propriétés uniques à ce mode d’opération, mais également d’étudier de manière fondamentale la formation de la décharge dans des conditions inédites. À cette fin, nous avons utilisé de l’imagerie résolue en temps et des mesures spectroscopiques. Nos mesures ont révélé l’importance de la réflexion de l’onde de surface sur le front d’ionisation du plasma formant une onde stationnaire. Nous avons également observé un changement possible de régime de propagation entre 5 et 50 Torr et nous avons évalué le temps requis pour la stabilisation temporelle de la décharge.

The helium 3 isotope with an induced polarization, already useful in nuclear research, is identified as an ideal marker to improve medical magnetic resonance imaging of the respiratory tract. The most common mean of production used is metastability exchange optical pumping, however this process is not sufficient for large scale use of helium 3. Publications that seeks to optimise the MEOP process neglect the first step, which is the production of a helium plasma in which the process work. We have the goal to identify optimal conditions for metastability exchange by studying a helium plasma produced in different conditions. Plasma produced by an electromagnetic surface wave was seen as a possible lead because of its simplicity and operating flexibility. The operation of the plasma in a pulsed regime makes it possible to study certain properties unique to this mode of operation, and also to study in a fundamental way the formation of the discharge in unprecedented conditions. To this end we have used time resolved imaging and spectroscopic measurements. These revealed the importance of the surface-wave reflection on the ionisation front, which creates a standing waves. We have also identified a regime transition between 5 and 50 Torr and evaluated the required time for the temporal stabilisation of the discharge.