Caracterización espectroscópica de un plasma de argón mantenido a presión atmosférica con una antorcha tipo TIAGO

Abstract

Hoy en día los plasmas, y en especial los plasmas de microondas ―MIPs― a presión atmosférica, están atrayendo la atención de la investigación y la innovación tecnológica tanto por sus múltiples aplicaciones en diversos campos como por su facilidad de creación y mantenimiento y bajo coste económico. Los plasmas mantenidos por onda de superficie ―POS― son un tipo MIPs que destacan además por su versatilidad y por la diversidad de recipientes en los que pueden ser generados. Por su parte, las antorchas son dispositivos de generación de MIPs que tienen la peculiaridad de no aislar la descarga que generan de la atmósfera que la rodea, lo que permite producir un tipo de plasmas muy característicos y especialmente interesantes por la escalabilidad de los procesos a nivel industrial. Entre las antorchas de microondas destaca la Torche à Injection Axiale sur Guide d’Ondes ―antorcha TIAGO―. Se ha especulado que los plasmas generados por la TIAGO son POS, pero no hay prueba de ello. El objetivo principal de este proyecto es demostrar experimentalmente, mediante una caracterización espectroscópica, que estos plasmas son realmente POS. Además, se van a identificar diferentes zonas en las descargas generadas con la TIAGO: una zona radiativa, una zona propiamente POS, una zona de transición y la postdescarga. Para conseguir este resultado, se ha realizado una caracterización espectroscópica axial del plasma generado con la antorcha TIAGO y mantenido con tres potencias distintas: 200, 400 y 600 W. Se han identificado y analizado, por medio de los espectros de emisión tomados en las distintas posiciones, las especies atómicas y moleculares además de medir la temperatura del gas y la densidad electrónica como parámetros característicos de este tipo de plasmas.

Nowadays, plasmas and, more specifically, atmospheric pressure Microwave Induced Plasmas are drawing the attention of research and innovation thanks to their applications in many fields, as well as its ease of creation and maintenance and its low cost. Surface Wave Discharges are a specific kind of MIPs which are specially distinguished due to its versatility and the diversity of vessels they can be generated where. Besides, torchs are MIPs generation devices which have one peculiarity: they do not isolate the discharge they generate from surrounding atmosphere. This fact let them to produce very distinctive plasmas which are very interesting due to the scalability of the processes at the industrial level. Between the torches it stands out the Torche à Injection Axiale sur Guide d’Ondes ―TIAGO torch―. It has been theorized that TIAGO generated plasmas are SWD, but no prove has been found yet. The main aim of this project is to experimentally demonstrate, by a spectroscopic characterization, that these plasmas are actually SWD. In addition, different zones of TIAGO generated discharges are going to be identified: a radiative zone, a properly SWD zone, a transition zone and the postdischarge. In order to achieve these results, an axial spectroscopic characterization of plasma generated by TIAGO torch has been done. The plasma has been sustained at three different powers: 200, 400 and 600 W. Atomic and molecular species have been identified and analyzed by emission spectra recorded at different positions. In addition, gas temperature and electron density values have been measured due to the importance these parameters have in this kind of plasmas.