Observatorio de I+D+i UPM

Memorias de investigación
Thesis:
UTILIZACIÓN DE LA LÍNEA HA DEL HIDRÓGENO EN LA CARACTERIZACIÓN DE LOS PLASMAS GENERADOS POR LÁSER PARA APLICACIONES INDUSTRIALES (TÉCNICAS LSP) Y ESPECTROSCÓPICAS
Year:2017
Research Areas
  • Physics - Atomic and molecular physics,
  • Engineering
Information
Abstract
En la presente tesis se ha diseñado un procedimiento experimental que permite caracterizar de manera más precisa el plasma generado en el tratamiento industrial mediante ondas de choque generadas por láser, Láser Shock Processing (LSP). El tratamiento de LSP consiste en aplicar pulsos láser de alta intensidad (superior a 1 GW/cm2) sobre una pieza metálica. Esto provoca la ablación de su superficie y la generación de un plasma. Este plasma, de alta densidad y temperatura, está formado por las distintas especies iónicas de los elementos presentes tanto en la pieza como en el ambiente. El tratamiento se realiza en presencia de agua lo que limita la expansión del plasma y hace que su presión aumente hasta alcanzar varios GPa. La alta presión del plasma genera una onda de choque que, combinada con la ablación, produce un cráter microscópico. Esta deformación plástica generada produce un campo de tensiones residuales de compresión que modifican las propiedades superficiales del material. Para estudiar las propiedades de este plasma se ha empleado la técnica espectroscópica de ruptura inducida por láser, Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS), basada en el análisis de los fotones emitidos por el plasma. Se ha aplicado un pulso láser de 10 ns de duración y 1064 nm de longitud de onda sobre una muestra de aleación de aluminio Al2024. El espectro del plasma generado se ha recogido mediante un monocromador equipado con una cámara CCD. Este módulo espectroscópico fue calibrado previamente mediante una lámpara de Ne y un láser de He-Ne. El rango de longitud de onda de trabajo fue de 6520 a 6590 Å. En dicho rango sólo se ha observado la emisión de la línea H? de la serie de Balmer (6562,88 Å). Se verificó que esta línea no se encontraba autoabsorbida y se tomaron valores de ensanchamiento y desplazamiento para diferentes parámetros de adquisición, obteniéndose una importante colección de valores. Se variaron los tiempos de retardo, respecto al pulso láser, desde 2 hasta 5 ?s, con un paso de 0,5 ?s. Además para cada retardo se fueron aumentando los anchos de ventana, de medida, tomando 100, 200, 300, 500 y 1000 ns. Se estimó la densidad de electrones Ne de todos los casos, empleando la expresión de Ashkenazy et al. (1991) y haciendo uso de los valores tabulados del coeficiente de anchura Stark reducida ?1/2 para la serie de Balmer, publicados por Kepple y Griem (1968). Como este coeficiente depende a su vez de la densidad de electrones y de la temperatura T hubo que determinarlo para los rangos comprendidos entre 1,5x10.17 - 3,4x10.17 cm-3 y 10000 - 30000 K. Se compararon los valores de la densidad de electrones determinada por el parámetro ?1/2 con los calculados según la citada expresión y se aceptaron aquellas condiciones cuyos resultados numéricos fueron coherentes entre sí. De esta manera el propio procedimiento determinó también el mejor valor para la temperatura electrónica. Los datos experimentales proporcionaron valores comprendidos entre 1,2x10.17 cm-3 y 3,5x10.17 cm-3 para la densidad de electrones y de 10000 a 30000 K para la temperatura.
International
No
Type
Doctoral
Mark Rating
Sobresaliente
Date
06/07/2017
Participants
  • Director: Cristobal Colon Hernandez (UPM)
  • Autor: Maria Isabel de Andres Garcia (UPM)
Research Group, Departaments and Institutes related
  • Creador: Grupo de Investigación: Análisis y Caracterización Óptica de Materiales
  • Departamento: Ingeniería Eléctrica, Electrónica Automática y Física Aplicada
S2i 2020 Observatorio de investigación @ UPM con la colaboración del Consejo Social UPM
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