Estudio experimental de plasmas de onda de superficie generados con mezclas de gases a presión atmosferica
- Autores: José Muñoz Espadero
- Directores de la Tesis: Mª Dolores Calzada Canalejo (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Córdoba (ESP) ( España ) en 2010
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Manuel Blázquez Ruiz (presid.), Antonio Jesús Sarsa Rubio (secret.), Vasco Antonio Dinis Leitao Guerra (voc.), Manuel Angel Gonzalez Delgado (voc.), Mohamed Chaker Ouahada (voc.)
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: Helvia
- Resumen
En la presente memoria se ha abordado el estudio experimental, mediante métodos espectroscópicos, de un plasma de onda de superficie generado con mezclas argón - helio a presión atmosférica.
En primer lugar, se exponen los conceptos generales que contextualizan adecuadamente el presente estudio, se presentan y clasifican los plasmas de onda de superficie, se establecen los conceptos más relevantes sobre equilibrio termodinámico, se presentan los aspectos generales de los métodos espectroscópicos y se realiza una revisión del estado actual del conocimiento de los plasmas generados con mezclas de argón y helio.
A continuación se ha estudiado la influencia de la adición de helio en concentraciones de hasta un 60% a un plasma de onda de superficie de argón generado a presión atmosférica, prestando atención a la variación de la densidad lineal de potencia, la densidad electrónica y la intensidad de las líneas atómicas del argón. Junto a esto, se presenta un estudio cualitativo de la influencia de la proporción de He en la contracción radial de la descarga.
La densidad electrónica disminuye cuando se introduce en la descarga una proporción de helio de hasta el 20-30%, manteniéndose aproximadamente constante para concentraciones de helio superiores. Por el contrario, la densidad lineal de potencia aumenta a medida que lo hace la concentración de helio en la descarga. Estos diferentes comportamientos sugieren la existencia de cambios en la cinética de la descarga.
Las líneas atómicas del sistema atómica del argón en el intervalo espectral de 300 a 700 nm pueden ser separadas en tres grupos dependiendo del comportamiento de su intensidad frente a la introducción de helio en la descarga; dicho comportamiento revela cambios en la cinética de excitación/ionización de la descarga, en la habría que tener en cuenta las posibles interacciones con moléculas metaestables de helio.
El estudio cualitativo de la morfología externa de la descarga indica que la adición de helio en proporciones de entre un 20% (radio interno de 2 mm) y un 40% (radio interno de (3 mm) a una descarga de argón elimina la filamentación y la contracción de la descarga a medida que el plasma se expande hacia las paredes del tubo que lo contiene, lo que indica que la adición de helio provoca aumento de la conductividad térmica de la descarga.
En el contexto del estudio espectroscópico, se ha desarrollado un nuevo método para de medida de la temperatura del gas en plasmas generados con mezclas de gases mediante el ensanchamiento de van der Waals tomando en consideración la influencia de las interacciones de los átomos neutros de helio con los emisores de argón. De entre las consideradas, se ha encontrado que la línea 603.2 nm es la más apropiada para este propósito y se ha concluido que es necesario tener en cuenta las perturbaciones debidas a las interacciones de los emisores de argón con los perturbadores de helio.
A fin de caracterizar experimentalmente de una forma más completa las descargas de generadas con mezclas Ar-He los estudios anteriores se han complementado con un análisis más profundo del estado de equilibrio termodinámico de las mismas mediante la técnica del Boltzmann-plot y el estudio de los parámetros bp, que han permitido detectar importantes cambios en la cinética de la descarga para concentraciones de helio superiores al 50%. Como resultado de estos cambios en la temperatura del gas, se reduce la influencia de la recombinación disociativa que puebla los niveles metaestables del sistema atómico del argón y el comportamiento de la función de distribución de estados atómicos excitados pasa de ser recombinante a ionizante a medida que se incrementa la proporción de helio en la descarga.
Finalmente se realiza una caracterización espectroscópica completa de una descarga de helio puro mantenida por una onda de superficie a presión atmosférica. Además de determinar los parámetros característicos de la misma (densidad electrónica, temperatura del gas, densidad de estados excitados...), los resultados ha sido comparados con un modelo teórico, permitiendo determinar que la principal causa de que la descarga exhiba un comportamiento ionizante muy alejado del equilibrio termodinámico local es la influencia de los procesos en los que intervienen iones moleculares de helio (ionización asociativa y recombinación disociativa).
En conjunto, la caracterización experimental de descargas mantenidas por onda de superficie a presión atmosférica en mezclas de argón y helio que se ha realizado en esta memoria, permite complementar los conocimientos que se poseían acerca del comportmiento de descargas en gases puros, al tiempo que proporciona una metodología general de estudio que puede ser aplicada a otras descargas generadas con mezclas de gases.
