Measurement of plasma electron density generated in an experiment of Laser Shock Processing, utilizing the Hα-line

Abstract

In this work we have realized plasma diagnosis produced by Laser (LPP), by means of emission spectroscopy in a Laser Shock Processing (LSP). The LSP has been proposed as an alternative technology, competitive with classical surface treatments. The ionic species present in the plasma together with electron density and its temperature provide significant indicators of the degree of surface effect of the treated material. In order to analyze these indicators, we have realized spectroscopic studies of optical emission in the laser-generated plasmas in different situations. We have worked focusing on an aluminum sample (A12024) in air and/or in LSP conditions (water flow) a Q-switched laser of Nd:YAG (A. = 1.06 (im, 10ns of pulse duration, running at 10Hz repetition rate). The pulse energy was set at 2,5 J per pulse. The electron density has been measured using, in every case, the Stark broadening of H Balmer a line (656.27 nm). In the case of the air, this measure has been contrasted with the value obtained with the line of 281.62 nm of Al II. Special attention has been paid to the self-absorption of the spectral lines used. The measures were realized with different delay times after the pulse of the laser (1-8 (is) and with a time window of 1 (is. In LSP the electron density obtained was between 10 17 cnr 3 for the shortest delays (4-6 (is), and 10 1G cnr 3 for the greatest delays (7,8 (is).

Utilización de la línea Hα del hidrógeno en la caracterización de los plasmas generados por láser para aplicaciones industriales (técnicas LSP) y espectroscópicas

“…La principal característica del espectro obtenido en las medidas adquiridas es la aparición de la emisión de la línea Hα (6562,88 Å) y la desaparición del segundo orden de la línea del Cu I de 3273,9 Å que se obtenía en el espectro medido al realizar el mismo experimento pero en ausencia del medio de confinamiento (Moreno-Díaz et al 2016).Por esta razón la línea Hα ha sido la utilizada para estimar la densidad de electrones y la temperatura en estos experimentos de LSP.…”

“…Estos valores son coherentes con los resultados obtenidos en aire y medidos por los métodos de espectroscopía LIBS tradicionales como puede observarse en un trabajo anterior de este grupo de investigación (Moreno-Díaz et al 2016). …”

“…Como se puede ver, la densidad y la temperatura electrónicas disminuyen como el tiempo de retardo. Estos valores son similares a los obtenidos por otros autores (Moreno-Díaz et al 2016) en experimentos similares de LSP pero en ausencia del agua como elemento confinante.…”

“…En concreto la línea Hα ya ha sido utilizada en otros trabajos para la caracterización de plasmas producidos por láser sobre materiales sólidos en un medio acuoso (Escarguel et al 2000) y en presencia de aire (Sherbini et al 2006, Moreno-Díaz et al 2016). …”

“…A diferencia de trabajos anteriores (Moreno-Díaz et al 2016), no se ha supuesto un valor de la temperatura, sino que el propio procedimiento experimental empleado ha servido para determinar también el mejor valor de esta variable.…”