Formación de partículas mediante el método de descarga pulsada en alambres

Abstract

Resumen Si por un alambre no pasa un pulso de alta corriente puede ocasionarse una rápida transición de fase de estado sólido a plasma. Dos efectos principales causan la transición, el calentamiento por efecto Joule y la presión ejercida por el campo magnético originado por el mismo pulso de corriente (efecto Z-pinch). Al enfriarse el plasma, mediante colisiones con un ambiente gaseoso, los átomos se asocian y pueden formarse partículas fi nas. En este trabajo se realizaron descargas de pulsos de alta corriente a través de alambres de hierro puro. Para generar los pulsos de corriente se utilizó un generador Marx. Básicamente el experimento consiste en realizar una descarga, mediante explosores (interruptores de chispa), de una serie de condensadores conectados en paralelo cargados a una diferencia de potencial inicial V0. Se realizó una estimación de la diferencia de potencial V0 mínima del generador Marx, requerida para separar los átomos del alambre haciendo uso de la energía de cohesión. Fue necesario diseñar una bobina que detectara la corriente en las descargas mediante inducción magnética; tal bobina es conocida como bobina de Rogowski. Para el diseño de esta bobina se establecieron parámetros según un ecuación de propagación para la onda de voltaje y corriente en la bobina, utilizando un modelo de parámetros distribuidos. Como un pulso tiene un amplio espectro de frecuencia debió diseñarse la bobina de forma que su ancho de banda fuese amplio también. Los pulsos detectados se midieron con un osciloscopio digital. Las descargas se realizaron en ambiente de aire, en una cámara a presión atmosférica y también en vacío grueso. Para cada prueba realizada se colocó como sustrato una lámina de silicio en el interior de la cámara, para recoger las partículas formadas. Las partículas recogidas en el sustrato fueron analizadas mediante Microscopía Electrónica de Barrido (SEM), Espectroscopía de Electrones Auger (AES) y Microscopía de Fuerza Atómica (AFM). Se obtuvieron micropartículas con forma esférica y nanopartículas con forma elipsoidal, observando una dependencia entre el tamaño y dispersión de las partículas formadas con la presión y energía de la descarga.