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Vincent MOREL Arnaud Bultel Bruno G. Chéron Caractéristiques radiatives dun plasma daluminium induit par laser en cours de création.

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1 Vincent MOREL Arnaud Bultel Bruno G. Chéron Caractéristiques radiatives dun plasma daluminium induit par laser en cours de création

2 2 But de létude Phase de création dun plasma de LIPS Objectif de notre étude Modèle numérique Hypothèses et structure du modèle Résultats de la modélisation Etude expérimentale Rayonnement démission Diffusion Thomson Perspectives, conclusion Plan Plan But de létude Phase de création dun plasma de LIPS Objectif de notre étude Modèle numérique Hypothèses et structure du modèle Résultats de la modélisation Etude expérimentale Rayonnement démission Diffusion Thomson Perspectives, conclusion

3 3 Laser-induced plasma diagnostics (LIPS) Avantages : Simple dutilisation, rapide et précis Inconvénient : Comparer avec des banques de données Introduction à notre étude Flux laser Flux de particules Cible exex Knudsen layer exex 0 Gaz/plasma -50 μm Cible laser Couche de Knudsen PAMO /07/10

4 4 Phase de recombinaisonPhase de création Evolution temporelle de la densité électronique pour différentes pression [4] [4] M. Capitelli, A. Casavola, G. Colonna and A. De Giacomo, Spect. chim. B (2004) Etat de lart Titane métallique 248 nm, 5 J.cm -2, 30 ns PAMO /07/10

5 5 Objectifs de notre étude Objectifs Modéliser la formation du plasma pour obtenir une description globale Déterminer numériquement les composition du plasma et de la cible Modèles 1D développés (cas-test : aluminium) Modélisation des phases de création et de recombinaison du plasma Plasma en déséquilibre thermique et chimique Mod è le A Temp é rature de surface de la cible d é crite par une é volution temporelle gaussienne (T max = 3000 K) Mod è le B Temp é rature de surface de la cible directement d é duite de l interaction laser-surface Gaz/plasma Cible laser Gaz/plasma Cible laser Surface

6 6 Plan Plan But de létude Phase de création dun plasma de LIPS Objectif de notre étude Modèle numérique Hypothèses et structure du modèle Résultats de la modélisation Etude expérimentale Rayonnement démission Diffusion Thomson Perspectives, conclusion

7 7 Equation pour la densité de flux du laser Pulse laser et Température de surface τ λ avec Caractéristiques du laser Durée du pulse : = 5 ns Longueur donde : = 532 nm Energie du pulse : E = 65 mJ Diamètre de focalisation : d = 1 mm Equation pour la température de surface Evaporation pilotée par la pression de vapeur saturante T fusion = 933 K PAMO /07/10

8 8 Modélisation de la phase plasma Hypothèses de résolution Modèle 1D Monocouche dépaisseur X variable Equations de bilan local de lénergie Pour les électrons Pour les lourds Flux laser Flux de particules Cible exex Vitesse dagitation thermique e: énergie de la particule p.u.v. P E : terme de production φ E : terme de flux Indices: e : électrons l : lourds PAMO /07/10

9 9 Interaction laser - plasma Processus dinteraction Ionisation multi-photonique Bremsstrahlung inverse Collision élastique Excitation et ionisation par impact électronique Al (43 niveaux) Al + (42 niveaux) Composition du plasma Al 2+ (21 niveaux) Al 3+ (1 niveau) Electrons libres PAMO /07/10 Emission spontanée 400 transitions 400 transitions Bremsstrahlung direct « thermique » « thermique »

10 10 Chauffage du plasma Evolution temporelle des températures du plasma T max = 3000 K et T max = 4000 K

11 11 Cinétique dionisation Evolution temporelle des densités des composants du plasma T max = 3000 K et T max = 4000 K

12 12 Influence des processus sur lévolution des températures

13 13 Condition à la limite : continuité du flux Equation de conservation de lenthalpie volumique ρ : masse volumique a : diffusivité thermique c p : capacité thermique massique k : conductivité thermique Evaporation pilotée par la pression de vapeur saturante T fusion = 933 K (Modèle ) (Modèle B) Chauffage de la cible PAMO /07/10

14 14 φ(x10 13 W.m -2 ) T S (K) Evolution temporelle de la température de surface et de la densité de flux dénergie du laser Temps (s) T critique = 6900 K t = 0 s pour le plasma Atteinte du point critique

15 15 Plan Plan But de létude Phase de création dun plasma de LIPS Objectif de notre étude Modèle numérique Hypothèses et structure du modèle Résultats de la modélisation Etude expérimentale Rayonnement démission Diffusion Thomson Perspectives, conclusion

16 16 lentilles collectrices Schéma du dispositif expérimental

17 17 Emission aux temps courts

18 18 Tentative de détermination de n e Détermination de T e par lalignement des points expérimentaux

19 19 Dispositif expérimental pour diffusion Thomson Cible horizontale en rotation dans réacteur sous vide Générateur de délais pour contrôle lasers/caméra Laser de pompe Laser de sonde Spectromètre et caméra ICCD

20 20 Conclusion & Perspectives Deux modèles 1D prenant en compte 7 processus et 108 espèces en déséquilibre thermique et chimique Processus majoritaire Ionisation multi-photonique Atteinte rapide du point critique dans le modèle B Premières estimations directes des propriétés du gaz électronique (Bremsstrahlung) Fin délaboration du modèle B Exploitation des 2 modèles pour diverses conditions Mesures directes de n e et T e par diffusion Thomson

21 21

22 22 sur lévolution des densités Influence des processus

23 23


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