Des jets de plasma manipulables comme de véritables petits sabres laser

jet plasma
| W. Fu et al. 2019

De la physique nucléaire aux moteurs du futur, le plasma est étudié par les scientifiques pour ses nombreuses applications potentielles. Cependant, pour produire cet état particulier de la matière, de hautes températures et pressions sont souvent requises et, une fois formé, il doit être contenu dans des structures protectrices. Mais récemment, des ingénieurs chinois ont réussi à produire de petits jets de plasma à basse température et pression manipulables à l’air libre. Véritables sabres laser de petite taille, ils pourraient avoir de nombreuses applications en médecine pour cautériser les plaies ou encore nettoyer des tissus organiques.

Des ingénieurs de l’Université des sciences et technologies électroniques de Chine ont trouvé un moyen de libérer un flux d’ions générés par micro-ondes afin qu’il s’étende suffisamment loin pour toucher les surfaces voisines. Contrairement aux flux dirigés de particules chargées qui ne peuvent être produits que dans le vide ou sous des pressions intenses, ce plasma est constitué de gouttes supersoniques de gaz stable, ou « balles à plasma », ne nécessitant pas de pression spécifique.

Ils peuvent être produits de différentes manières, par exemple en excitant des particules avec différents courants ou des radiations électromagnétiques à basse fréquence — telles que des micro-ondes. Ces jets peuvent être produits à des températures beaucoup plus basses que ce que nécessite généralement le plasma, ouvrant ainsi la porte à de nombreuses applications. L’étude a été publiée dans la revue Applied Physics Letters.

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Les ingénieurs ont réussi à développer de petits jets de plasma à basse température/pression, permettant ainsi des applications dans le domaine biomédical. Crédits : W. Fu et al. 2019

Les ingénieurs peuvent utiliser des faisceaux de minuscules APPJ à basse température (low-temperature atmospheric pressure plasma jets) pour ioniser les surfaces de matériaux, par exemple. Les médecins pourraient également les utiliser pour stériliser des plaies, nettoyer les dents et même favoriser la coagulation du sang.

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« Avec le développement des jets de plasma à basse température, les applications des plasmas utilisés dans les domaines biomédicaux seraient étendues pour être utilisées non seulement comme couteau chirurgical, mais également pour le traitement de la peau, la stérilisation et le traitement du cancer » explique l’ingénieur Wenjie Fu.

Des jets de plasma manipulables à l’air libre

Jusqu’à maintenant, ces jets de plasma souffraient d’une contrainte technique non négligeable : pour stabiliser leur flux, il fallait les générer dans un tube polarisé en un matériau tel que le quartz. Pour éliminer une telle contrainte sans augmenter la température du jet, les chercheurs ont abandonné les types de guides micro-ondes utilisés pour générer le plasma et se sont tournés vers une structure de type câble coaxial.

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Crédits : W. Fu et al. 2019

En jouant avec les distances entre les éléments conducteurs des lignes, ils ont pu augmenter la densité de champ électrique des micro-ondes sans ajouter de puissance. Quelques ajustements critiques à la fin de ce système de transmission coaxial leur ont également permis de canaliser un gaz autour de l’extérieur et le plasma au centre, leur permettant d’abandonner le tube de quartz tout en réglant les caractéristiques du gaz.

Il en résulte un flux de plasma dirigé et exposé, capable d’éliminer les organismes pathogènes, de faire coaguler le sang ou encore de cautériser des plaies. Un long travail attend encore les chercheurs avant de pouvoir concrétiser ces applications biomédicales, mais cette preuve de concept est déjà suffisamment encourageante pour espérer voir apparaître bientôt les premiers scalpels plasmatiques.

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Sources : Applied Physics Letters

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