Etapa 1 - P1 2016

Shema de realizare a proiectului


Faza nr. 1

Responsabil: Dr. O. BUDRIGA

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 aceasta faza 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 pana 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 extrema necesita în prealabil un nivel ridicat de experienta în utilizarea dispozitivelor specifice de măsurare, profil temporal, energie, componenta spectrala 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 si realizate doua tipuri de surse de plasma: o sursa de plasma cu electrozi circulari exteriori si o sursa de plasma cu electrod de putere central. Ideile de baza care au stat la proiectarea si ulterior la realizarea surselor de plasma a fost urmatoarele: i) conceperea unor sisteme experimentale bazate pe plasma avand geometrie similara la nivelul suprafetelor ce urmeaza a fi curatate; ii) evitarea contactului plasmei cu suprafete metalice (electrozi sau pereti ai incintei) pentru a evita riscul contaminarii suprafetelor de curatat in urma proceselor de pulverizare ce pot aparea din cauza metalelor; iii) functionarea surselor de plasma in regim de bombardament ionic scazut pentru a evita riscul deteriorarii calitatilor optice ale suprafetelor ce urmeaza a fi curatate.

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 necesita ralizarea unor simulatoare de pulsuri electromagnetice cu caracteristici cat mai apropiate sau care permit scalarea in intensitate pastrand aceleasi caracteristici temporale. Raportam realizarea unui astfel de sistem prin utilizarea unei descarcari filamentare in flux de azot la presiune atmosferica si cu viteze de ordinul zecilor de m/s, optimizat pentru frecvente de repetitie de ordinul a 30 KHz si care permite obtinerea unor pulsuri electromagnetice cu timpi de crestere < 1ns si durate de ordinul 5-10 ns in functie de geometria de descarcare. Tesiunea comutata este 3-8 KV functie de geometria electrozilor si presiunea gazului la o viteza optimizata pentru maximum de supratensiune aplicata pe electrozii intre care se realizeaza descarcarea filamentara. Capacitatea intre electrozi in momentul descarcarii este de ordinul a 10 pF. S-au testat atat sonde cu cuplaj capacitiv cat si cu cuplaj inductiv. Dispozitivul este compact, transportabil si poate fi cu usurinta montat in camera de interactie a radiatiei laser, cu puteri de ordinul PW, cu diferite tipuri de tinte. Frecventa mare de repetitie permite masuratori precise, chiar si in afara camerei de reactie unde semnalul poate fi mult atenuat, permitand optimizari ale ecranarilor sistemelor de diagnostica, comanda si control la pulsurile electromagnetice intense asociate interactiei radiatiei laser de foarte mare putere cu materia. Aceste optimizari, facandu-se la nivele scazute ale pulsurilor de test, nu afecteaza functionarea in parametrii 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 neliniara are multe aplicatii practice. Procesele care sunt implicate se afla la limita concentrarii cuasi-singulare a intensitatii iar instabilitatea modulationala transversala, saturarea si efectul de defocalizare produse de plasma generata prin ionizare in avalansa si prin ionizare multi-fotonica (MPI) se suprapun pentru a produce o structura spatiala neregulata cu aspect random. Aceasta este turbulenta optica. Studiile precedente complementare experimentului au fost realizate prin simulare numerica. Prima noastra contributie a constat in identificarea mecanismului aflat la originea structurii de camp practic aleator ca dinamica “activator-inhibitor”. Metoda utilizata a recurs la baza analitica comuna a celor doua probleme: ecuatia Ginzburg Landau complexa descrie deopotriva perturbarea ecuatiei “nonlinear Scchrodinger” cat si reactie-difuzie (inclusiv activator-inhibitor). Investigatia raportata in prezenta lucrare merge mult mai departe. Mai intai relevam natura exact-integrabila a auto-focalizarii in propagare (“gaz Chaplygin cu exponent politropic anormal”). Apoi extindem modelul pentru intensitate pe baza includerii unor cerinte fizice transparente: separarea printr-o bariera de potential a celor doua echilibre ale intensitatii, fortarea externa prin competitia dintre Kerr si defocalizarea indusa de plasma. Prezentam structura variationala si, adoptand modelul dezvoltat pentru instabilitatea labyrinth de catre Goldstein, calculam largimea la saturare a unei ramuri din clusterul de mare intensitate. Comparatia cu datele experimentale este favorabila si ne inspira extinderea descrierii analitice elaborate.

Faza nr. 5

Responsabil: Dr. T. DASCALU

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.