Commutateur d'ouverture à plasma

Un commutateur d'ouverture à plasma est un système permettant d'interrompre des courants électriques extrêmement intenses, en un temps extrêmement bref.



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Physique - Composant électrique - Électrotechnique

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Un commutateur d'ouverture à plasma (en anglais Plasma Opening Switch ou POS) est un système permettant d'interrompre des courants électriques extrêmement intenses (plusieurs millions d'ampères), en un temps extrêmement bref (inférieur au dix-millionième de seconde). Son fonctionnement repose sur la disparition de l'état conducteur d'un plasma sous l'effet du champ magnétique produit par le courant électrique qui le traverse. Il est essentiellement utilisé dans la génération de hautes puissances pulsées.

Historique

L'étude des POS a débuté dans les années 1970. Ils furent utilisés pour la première fois par C. W. Mendel en 1976 au sein des laboratoires Sandia, sur le générateur de hautes puissances pulsées PROTO I. Depuis les premiers modèles, pour lesquels la durée de la phase de conduction était de l'ordre de 300 ns (300x10-9 s), les chercheurs et les ingénieurs ont essayé d'obtenir des temps de conduction plus longs (supérieurs à 500 ns) pour se rapprocher des caractéristiques des générateurs disponibles.

Depuis les premières propositions faites en 1984 par P. F. Ottinger du Naval Research Laboratory, les modèles analytiques, dont le rôle est de simuler les phénomènes physiques complexes mis en œuvre, forment des outils fondamentaux pour les chercheurs et les ingénieurs.

Principe de fonctionnement

Un POS est le plus fréquemment inclus dans une ligne coaxiale sous vide conçue pour transmettre la puissance électrique d'un générateur vers une charge. Les schémas ci-dessous présentent de façon simplifiée l'enchaînement des phases.

Le processus est initialisé par l'injection d'un plasma dans une région réduite (de l'ordre de quelques cm de largeur) de la ligne, ce qui crée une liaison électrique entre l'anode cylindrique extérieure et la cathode centrale. Lors de l'arrivée du courant du générateur dans la ligne, divers processus physiques se succèdent :

Début de la phase de conduction
Évolution de la phase de conduction
Fin de la phase d'ouverture

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