Etapa 1 - P1 2016
Shema de realizare a proiectului
Faza nr. 1
Responsabil: Dr. O. BUDRIGĂ
Termen de predare: 13.05.2016
Titlu: "Sistem și procedură pentru caracterizarea profilului temporal al pulsurilor ultraintense în proximitatea incintei de interacție. Măsurători de energie și calibrarea sistemului de transport până la locul interacției"
Abstract: Raportul pentru această fază are un caracter preliminar pentru atingerea obiectivului principal în cadrul temei principale din cadrul proiectului, care propune realizarea unui sistem complex de caracterizare a pulsurilor de mare intensitate la nivelul incintei de interacție. Activitățile desfășurate pentru acest proiect au fost orientate pe câteva direcții principale având ca scop îndeplinirea obiectivelor asumate. Rezultatele obținute până în prezent au rolul de a contribui la identificarea componentelor principale din lanțul de amplificare a sistemului laser Petawatt cu rol important pentru controlul profilului temporal al pulsurilor, care ajung în incinta de interacție. Realizarea unui sistem opto-electronic specific caracterizării complexe a parametrilor pulsurilor laser de intensitate extremă necesită în prealabil un nivel ridicat de experiență în utilizarea dispozitivelor specifice de măsurare, profil temporal, energie, componentă spectrală și de elaborare a unor proceduri pentru integrarea acestor dispozitive în sistemul actual al laserului de la CETAL.
Faza nr. 2
Responsabil: Dr. G. DINESCU/ Dr. C. STANCU
Termen de predare: 13.05.2016
Titlu: "Realizarea de surse de plasmă adecvate atacului selectiv al stratului contaminant în condiţii de bombardament ionic redus şi de sisteme aplicabile tratamentului localizat sau pe suprafeţe mari"
Abstract: Au fost proiectate şi realizate două tipuri de surse de plasmă: o sursă de plasmă cu electrozi circulari exteriori şi o sursă de plasmă cu electrod de putere central. Ideile de bază care au stat la proiectarea şi ulterior la realizarea surselor de plasmă au fost următoarele: i) conceperea unor sisteme experimentale bazate pe plasmă având geometrie similară la nivelul suprafeţelor ce urmează a fi curăţate; ii) evitarea contactului plasmei cu suprafeţe metalice (electrozi sau pereţi ai incintei) pentru a evita riscul contaminării suprafeţelor de curăţat în urma proceselor de pulverizare ce pot apărea din cauza metalelor; iii) funcţionarea surselor de plasmă în regim de bombardament ionic scăzut pentru a evita riscul deteriorării calităţilor optice ale suprafeţelor ce urmează a fi curăţate.
Faza nr. 3
Responsabil: Dr. M. GANCIU
Termen de predare: 15.07.2016
Titlu: "Dezvoltarea, testarea şi calibrarea de sisteme de diagnostică a pulsurilor electromagnetice intense asociate interacţiei pulsului laser cu ţinta"
Abstract: Dezvoltarea, testarea şi calibrarea sistemelor de diagnostică a pulsurilor electromagnetice intense asociate interacţiei pulsului laser cu diferite tipuri de ţinte necesită realizarea unor simulatoare de pulsuri electromagnetice cu caracteristici cât mai apropiate sau care permit scalarea în intensitate păstrând aceleaşi caracteristici temporale. Raportăm realizarea unui astfel de sistem prin utilizarea unei descărcări filamentare în flux de azot la presiune atmosferică şi cu viteze de ordinul zecilor de m/s, optimizat pentru frecvenţe de repetiţie de ordinul a 30 KHz şi care permit obţinerea unor pulsuri electromagnetice cu timpi de creştere < 1ns şi durate de ordinul 5-10 ns în funcţie de geometria de descărcare. Tesiunea comutată este 3-8 KV funcţie de geometria electrozilor şi presiunea gazului la o viteză optimizată pentru maximum de supratensiune aplicată pe electrozii între care se realizează descărcarea filamentară. Capacitatea între electrozi în momentul descărcării este de ordinul a 10 pF. S-au testat atât sonde cu cuplaj capacitiv cât şi cu cuplaj inductiv. Dispozitivul este compact, transportabil şi poate fi cu uşurinţă montat în camera de interacţie a radiatiei laser, cu puteri de ordinul PW, cu diferite tipuri de ţinte. Frecvenţa mare de repetiţie permite măsurări precise, chiar şi în afara camerei de reacţie unde semnalul poate fi mult atenuat, permiţând optimizări ale ecranărilor sistemelor de diagnostică, comandă şi control la pulsurile electromagnetice intense asociate interacţiei radiaţiei laser de foarte mare putere cu materia. Aceste optimizări, făcându-se la nivele scăzute ale pulsurilor de test, nu afectează funcţionarea în parametri a sistemelor testate.
Faza nr. 4
Responsabil: Dr. F. SPINEANU
Termen de predare: 15.07.2016
Titlu: "Filamentarea în propagare a pulsului unui laser de mare putere"
Abstract: Propagarea unei raze laser de mare putere prin medii cu polarizare neliniară are multe aplicaţii practice. Procesele care sunt implicate se află la limita concentrării cuasi-singulare a intensităţii, iar instabilitatea modulaţională transversală, saturarea şi efectul de defocalizare produse de plasma generată prin ionizare în avalanşă şi prin ionizare multi-fotonică (MPI) se suprapun pentru a produce o structură spaţială neregulată cu aspect random. Aceasta este turbulenţa optică. Studiile precedente complementare experimentului au fost realizate prin simulare numerică. Prima noastră contribuţie a constat în identificarea mecanismului aflat la originea structurii de câmp practic aleator ca dinamică “activator-inhibitor”. Metoda utilizată a recurs la baza analitică comună a celor două probleme: ecuaţia Ginzburg Landau complexă, descrie deopotrivă perturbarea ecuaţiei “nonlinear Schrodinger” cât şi reacţie-difuzie (inclusiv activator-inhibitor). Investigaţia raportată în prezenta lucrare merge mult mai departe. Mai întâi, relevăm natura exact-integrabilă a auto-focalizării în propagare (“gaz Chaplygin cu exponent politropic anormal”). Apoi extindem modelul pentru intensitate pe baza includerii unor cerinţe fizice transparente: separarea printr-o barieră de potenţial a celor două echilibre ale intensităţii, forţarea externă prin competiţia dintre Kerr şi defocalizarea indusă de plasmă. Prezentăm structura variaţională şi, adoptând modelul dezvoltat pentru instabilitatea labyrinth de către Goldstein, calculăm lărgimea la saturare a unei ramuri din clusterul de mare intensitate. Comparaţia cu datele experimentale este favorabilă şi ne inspiră extinderea descrierii analitice elaborate.
Faza nr. 5
Responsabil: Dr. T. DASCĂLU
Termen de predare: 03.08.2016
Titlu: "Studiul parametrilor fizici și tehnologici care determină realizarea ceramicilor transparente dopate cu ioni de pământuri rare"
Abstract: Au fost obținute prin reacție în fază solidă compoziții ceramice policristaline pe bază de granat de ytriu și aluminiu dopate cu ioni de Nd3+, NdxY3-xAl5O12 (x= 0.5; 1.0 și 1.5-at.%) utilizând pulberi nanometrice de Al2O3, Y2O3 și Nd2O3 de puritate ridicată. Materiile prime au fost cântărite în raport stoechiometric și omogenizate în alcool etilic absolut timp de 24 ore. Ca ajutor la sinterizare s-au adăugat 0.5-wt.% TEOS combinat cu 0.1-wt.% MgO, cu scopul de a obține un grad de densificare ridicat al probelor ceramice prin reducerea porozității reziduale (inter- și intragranulară). Ca aditiv antiaglomerant s-a utilizat polietilenglicol (PEG400) în proporție de 0.3-wt.%, acesta fiind adăugat în ultimele 2 ore rămase din procesul total de omogenizare a amestecului de materii prime. Suspensiile omogene au fost șpreiate utilizând tehnica “Spray Drying” în atmosferă de azot cu ajutorul unei instalații de tip BUCHI B-290 cu buclă inertă B-295. Pulberile șpreiate aferente compozițiilor (0.5-at.% Nd:YAG, 1.0-at.% Nd:YAG și 1.5-at.% Nd:YAG) s-au fasonat sub formă de pastile cu diametre de 12 mm și grosimi de aprox. 1.5 mm prin presare uniaxială, la o presiune de 10 MPa. Ulterior, acestea au fost presate și izostatic la rece utilizând tehnica “Cold Isostatic Press - CIP” la o presiune de 245 MPa timp de 20 minute. Corpurile ceramice compactate au fost supuse unui tratament termic de calcinare în aer timp de 6 ore la temperatura de 800oC cu scopul de a elimina partea organică a aditivilor utilizați. Tratamentul termic de sinterizare/densificare a corpurilor ceramice calcinate s-a realizat la temperaturi cuprinse între 1730oC - 1760oC în vid (4-10-6 mbar) timp de 12 ore. Pentru re-oxidarea speciilor chimice reduse în timpul tratamentului termic de sinterizare în vid, probele ceramice au fost supuse unui tratament termic de recoacere ”annealing” în aer timp de 10 ore la temperatura de 1450oC.
S-a studiat influența temperaturii de sinterizare asupra proprietăților structurale, microstructurale și optice a probelor ceramice obținute. Din punct de vedere structural analizele de difracție a razelor X (XRD) aferente compozițiilor ceramice de NdxY3-xAl5O12 (x= 0.5; 1.0 și 1.5-at.%), sinterizate la temperaturile 1730oC și 1740oC / 12 h, au evidențiat pe lângă faza majoritară cubică de YAG (ICDD 01-079-1891) și o fază secundară cu structură ortorombică de tip YAlO3 (YAP - ICDD 04-002-0534). La temperaturi de tratament termic mai mari (1750oC, 1760oC / 12 ore), seturile de probe ceramice prezintă maxime de difracție corespunzătoare fazei unice de granat de ytriu și aluminiu Y3Al5O12 (YAG - ICDD 01-079-1891), cu simetrie cubică (grup spațial Ia3d).
Din punct de vedere morfostructural, micrografiile SEM aferente seturilor de probe ceramice (0.5-at.% Nd:YAG, 1.0-at.% Nd:YAG și 1.5-at.% Nd:YAG) sinterizate la temperaturi mai mici de 1750oC, prezintă un grad ridicat de porozitate inter- și intragranulară. Gradul de densificare al corpurilor ceramice crește odată cu creșterea temperaturii de sinterizare la 1760oC, dimensiunile granulelor atingând valori de până la 14 μm.
Proprietățile optice (investigate prin tehnici de spectroscopie optică), se îmbunătățesc odată cu creșterea temperaturii de sinterizare. Cea mai ridicată transmisie (împrăștierea cea mai redusă) a fost obținută în cazul probei ceramice 1.0-at.% Nd:YAG supusă tratamentului termic de sinterizare timp de 12 ore la 1760oC.