Name: emission spectroscopic boundary layer investigation during ablative material testing in plasmatron
Uploaded: 2016-06-09T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 41 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron at JoVE.com

B. Helber araştırma (IWT # 111529 dossier) Bilim ve Teknoloji tarafından Yenilik Ajansı bir burs ile desteklenmiştir Flanders ve Avrupa Araştırma Konseyi tarafından TE Magin araştırma Hibe # 259354 Başlıyor. Biz Plazmatronun operatörü olarak görev yaptığı değerli yardım için Bay P. Collin kabul. Biz minnetle test malzemesi sağlamak için ve bilgilendirici destek için George Kanunu ve Stephen Ellacott kabul.

1. Tesis Hazırlık <ol><li> Deney sırasında optik ölçümler için tesis dışından test numunesi en iyi görüşlerini almak için kullanılabilirlik ve tesis özellikleri (bu çalışmada 3 sonda sahipleri) dayalı prob ve numune tutucu atama tanımlayın. </li><li> Bir sıcaklık tesiriyle malzeme kullanılırsa, (T &lt;200 ° C) önce, erken bozulma ve gaz çıkışının önlenmesi için başlangıç ​​test etmek için, soğutulmuş bir ortamda test örneği yerleştirin. </li><li> Isı akışı ölçümleri ve plazma akımının basınç ölçümleri, Plazmatronun tesisinde ısı akısı ve Pitot basınç ölçümleri hakkında ayrıntılar referans 24 bulunabilir için kullanılabilir prob sahipleri kullanın. </li></ol> 2. Ölçme Tekniği Kur <ol><li> Emisyon Spektrometre kurulumu ve hizalama <ol><li> Test hedefleri ve mevcut aparat bağlı istenen spektrometre belirleyin: Olası kurulumları birkaç küçük, ancak geniş SPE oluşur(Merkez veya test örneklerinin önünde plazma jetinin yarıçap boyunca örneğin) uzamsal çözülmesi ölçümler için izin veren bir 2D CCD diziye bağlı nokta ölçümleri veya yüksek çözünürlüklü spektrografların için ctral menzilli spektrometre. </li><li> seçilen spektrometre yapılandırmasına bağlı olarak, gerekli olacak büyütme belirlemek ve aşağıda özetlenen uygun lensi seçmek: <ol><li> , Spektrometre tarafından dolayısıyla, 2 mm&#39;lik artışlarla test örneği önünde 4 mm (beklenen sınır tabaka kalınlığı) içinde üç yerleri gözlemleyin. Bunun nedeni, bir elyaf kaplaması 6 mm (4 ila 12 mm&#39;dir üzerine mm elde m = 3) ile sınırlı olan liflerin her biri arasında az bir mesafe optik sistemi m = 3 olduğu bir büyütme ile sonuçlanır. </li><li> büyütme ve ince mercek denklemi tarafından gerekli lens odak uzunluğunu belirlemek: m = s ı / s o s i ve s <sub&gt; o görüntüye ve sırasıyla nesneye, lensin mesafeleri olmak; Lensin odak uzunluğu flüor 1 / S&#39;den + 1 / s i = 1 / f. Not: Bu protokol: s i = m x s o = 3 x 1.000 mm = 3.000 mm, K = 750 mm ile sonuçlanır. </li><li> lens ve nesne arasındaki mesafe (burada 3.000 mm) mümkün olamayacak kadar büyük olup olmadığını ayna kullanın. </li></ol></li><li> uygun bir montaj sistemi olarak birbirine yakın mümkün olduğunca onları getirmek ve tasarlamak amacıyla optik fiberlerin mantolama çıkarın. Örneğin, lifler yan yana uzanan basit bir presle montaj kullanımı. </li><li> dikey ve yatay çizgi lazer kullanarak (lens, ayna, fiber optik biter oluşan) optik sistem align: fron numunenin durgunluk çizgisine dik lensi (test örneği gibi) aynı yükseklikte tüm bileşenleri getirin ve hizalama (bölgenumune ekseni üzerinde numunenin burun) t. </li><li> Test örneği ve fiber optik arasındaki mesafe s o Merceği yerleştirerek optik yolu Odak merceğinden s i sona erer. Bir lamba ile örnek durgunluk noktası aydınlatın ve lif iyi odaklanmış görüntünün yerde biter yerleştirin. Not: güçlü civa emisyonu meydana geldiği hareketli fiber uç bir fiber optik bir spektrometre bağlamak ve yerleştirin: yardımcı olabilecek test örneği önüne yerleştirilmiş bir kalem tarzı Merkür kalibrasyon lambanın görüntü oluşturma. </li><li> lens fiber sistemi bir kere ayarlandıktan sonra, (önceki doğru konumunu ve test numunesinin önünde odaklama teyit etmek için lif uçları (spektrometre tarafı) içinden bir lazer noktası göndermek ve beyaz bir kağıt tabakası ile Örnek tarafında odaklanmış lazer gözlemlemek her test run). </li><li> fiber optik girmesini odak noktasından dışında herhangi bir emisyon önlemek tr bitersiyah karton optik yolu kapatılıyor. Bu aynalarla mercek tarafından odaklanmış ve yansıyan dışında hiçbir ışık fiber kapalı sistem içinde biter ulaştığı bir lazer ışını ile karşılaştırmak. Bunu yapmak için, optik fiber aracılığıyla lazer ışını (spektrometre tarafı) göndermek ve fiber sonuna kadar yayılan ışık doğrudan objektife ulaşmak mümkün olup olmadığını kontrol edin. </li></ol></li><li> Yüksek Hız Kamerası (HSC) <ol><li> Sıcak, ablasyon yüzeyin un-doymuş görüntüler için kısa pozlama süreleri için izin varsa yüzey gözlem için yüksek hızlı bir kamera kullanın. </li><li> dik numune yüzeyine HSC ile test örneği dikkate alınmalıdır. kameranın optik yatay ve dikey hizalama için lens sistemi ekseni - örnek kullanın. HSC görüş alanının merkezi lens merkezi ve örnek durgunluk noktası ile çakışmaktadır emin olun. </li><li> Dijital Gecikme Generator (DDG) ile HSC ve emisyon spektrometreleri eşitleyin. HSC bir ile kayıt TriggerDDG gelen tek gerilim tepe ve deneyler (Bölüm 3) sırasında istenilen frekansta (2 Hz) her spektrum kayıt tetikler. </li></ol></li><li> Radyometri <ol><li> Test odasının bir kuvars pencere ile birlikte yüzey sıcaklığının gözlem için bir iki renkli pirometreyi kullanın. Not: Çok yüksek bir hedef sıcaklıkları bekleniyorsa, cihazın ölçüm aralığını aşan, alt geçirgenliği uygun bir filtre veya pencere ile ölçülebilir ışıltı azalan düşünün. </li></ol></li></ol> 3. Deneysel Test <ol><li> Test odasına yükleme öncesinde ve bakire test numunesinin ağırlığını (bir kalibre kuralını kullanarak) boyutlarını ölçmek, geleneksel DSLR fotoğraf makinesi ile fotoğraf çekmek. </li><li> Kurulum HSC yazılımı: <ol><li> hizalayın ve yerine test örneği ile deney HSC önce odak ve bir ön-test görüntüsünü (post-tetik = 1) almak için yüksek pozlama süresini (90 msn) olarak ayarlayın. </li><li> DeğişiklikDeneyin (2-10 mikro-sn) ve maksimum (tüm çerçeveleri saklamak için) ayarlanmış sonrası tetik için maruz kalma süresi, set doğru kayıt hızı (fps) tam deneyi (100 fps&#39;de burada 30-90 sn) kapsayacak. </li><li> f / 16 başlangıç ​​f-sayısını ayarlayın. </li></ol></li><li> (: 2 Hz burada) spektrumları spektrometre ile tespit edilir hangi istenen tekrarlama oranı DDG ayarlayın. İlk tetik darbe HSC satın başlayacak. </li><li> Spektrometre toplama yazılımı kurmak (entegrasyon süresi τ exp: emisyon yoğunluğuna bağlı olarak, burada: 20-150 msn, gerekirse = 1 ortalama, deney sırasında uyum). <ol><li> optik sistem hala önceki yerinde numune ile deney doğru konumlandırılmış emin olun (adım 2.1.6 bakınız). </li><li> Her spektrometre ile arka plan görüntüsü S bg alın ve kaydedin. </li><li> Yazılım üzerinde (örneğin, SpectraSuite) (diğer Opti bağlı &#39;harici yazılım&#39; için tetiği değiştirmek&quot;Dış&quot;, ve benzeri), farklı amaçlarla, &#39;senkronize&#39;: eklentiler bulunmaktadır. </li><li> bir tetikleyici darbe alırken, her spektrum kaydedin. </li></ol></li><li> istenirse herhangi bir optik erişim bir yüksek tanımlı (HD) kamerayı takın. </li><li> koruma sistemi test örneği yerleştirin ve üç döner kanatlı vakum pompaları bir grup ve kökleri pompa kullanarak test odasına vakum. </li><li> plazma tesisi başlatın ve elektrik güç girişi ve vakum pompaları ayarlayarak ısı akısı ve basınç açısından istenilen test durumuna getirmek. Isı akışı prob ve pitot probu (adım 1.3) elde edilen koşulları gözlemlemek (1 MW / m 2 ve 3 MW / 15 hPa ve 200 hPa m 2) kullanın. </li><li> HD kamera ve pirometrelerinin kaydını başlatın. </li><li> doygunluk (200 milisaniye ila 50 msn&#39;den) önlemek için daha sonra alt entegrasyon süresi (kalibrasyon karşılaştırma için) mevcut olan tüm spektrometre ile serbest akışlı spektrumunu alır. </li><li> DDG aracılığıyla Tetik HSC ve spektrometreler (&#39;Trig&#39; ve &#39;iç&#39; ile &#39;dış&#39; dan ayar modu basarak kurulum için adım 3.2) bkz. </li><li> Plazma akışına test örneği enjekte edilir. Burada, pnömatik bir mekanizma örneği enjekte etmek için kullanılır. </li><li> doygunluk önlemek için gerekirse spektrometre entegrasyon süresini ayarlayın (ideal, kurulum yapılandırma herhangi bir değişiklik artık kaçınılmalıdır). </li><li> Sensör doygunluğunu önlemek için gerekirse HSC diyafram ayarlayın. </li><li> Numune koruma sistemine istenen test süresi (30 sn veya 90 sn) sonra test örneği çıkarın ve plazma akışını kapattı. </li><li> , DDG ve spektrometre edinimi durdurmak HSC görüntüleri kaydetmek ve pirometre edinme durdurun. Not: Yüksek termal kapasiteye sahip bir malzeme serin-off aşamasını izlemek için test ise (CBCF preform için gerekli değildir) çalıştıran pirometreyi bırakın. </li><li> spektrometre konumunu işaretlemek için bu görüntüyü kaydetmek, fiber optik uçları (spektrometre tarafı) aracılığıyla lazer noktasını gönder ve HSC ile lazer odak gözlemleyin.Her spektrometre / fiber optik ile bu adımı yineleyin. DİKKAT: Emin lazer olun kameranın CCD dizisi zarar çok güçlü değildir. Bir boşaltma cihazı tercih edilir. Seçenek olarak ise, deney numunesinin önünde bir kağıt tabaka lazer işaret eden bir görüntü alınabilir. </li><li> kalibrasyon için HSC ile test numunesi ve kayıt görüntü konumunda bir satranç tahtası yerleştirin. </li><li> , Kilo almak, (hidrolik fırlatma ile, örneğin,) test örneği çıkarın fotoğraf çekmek ve oksitlenmiş liflerin (frontal numune yüzeyine dokunmayın) oluşan kırılgan karakter tabakasını korumak için numune depolama saklayın. </li></ol> 4. Spektrometre Kalibrasyon <ol><li> spektral kalibrasyon <ol><li> Dalgaboyu kalibrasyonu ve optik sistemin tam genişlikte buçuk maksimum (FWHM) belirlemek için objektif (örneğin, bir kalem tarzı Merkür lamba) odak noktasında bir spektral kalibrasyon lamba koyun, bu adımlar hakkında ayrıntılı bilgi bulunabilir litera içinde29 Ture. </li></ol></li><li> yoğunluk kalibrasyonu <ol><li> 350 nm ve 900 nm arasında W / (m2 · SR · nm) ışık toplama mekanizması (objektif) ve spektrometre verimliliği oluşan her bir optik sistemin bir yoğunluk ayarı yapın. Test odasının içine her toplama optik odak tungsten şerit lamba (OSRAM WI 17G) koyarak bunu yapın. Exp, kalibrasyon lambanın spektrum S cal kaydedin ve kalibrasyon faktörü C edinin: C = S cal / th (S cal, exp - S bg, cal) x τ cal, Kalibrasyon lamba teorik spektral tepki ile S cal, inci, kalibrasyon lamba S cal ölçülen sinyal, exp, kalibrasyon ölçüm sırasında arka plan S bg, cal, ve entegrasyon süresi τ cal &lt;(üretici tarafından sağlanan)/ Em&gt;. </li></ol></li></ol> 5. Veri İşleme <ol><li> Yüzey durgunluk hızı ve spektrometre sondalama yer (ler): <ol><li> Doğru test süresi tahmini için HSC video dosyası örnek enjeksiyonu ve fırlatma sürelerini dikkate alın. </li><li> HSC video dosyası enjeksiyon test numunesi durgunluk noktasının piksel konumunu gözlemleyin. </li><li> (Formatında .tiff, örneğin) aşama 3.17 alınan ihracat görüntü ve çoklu satranç tahtası kareler kapsayan ölçüm bölgedeki pikselleri sayarak HSC büyütme kalibre edin. korelasyon piksel hesaplayınız: mm (istenirse MATLAB kamera kalibrasyonu araç kutusunu kullanarak içsel ve dışsal kamera parametrelerinin daha ayrıntılı bir karakterizasyonu elde). </li><li> (Formatında .tiff, örneğin) aşama 3.16 alınan resim (ler) ihracat ve görüntü üzerinde parlak noktalar gösteren x ve y konumu gibi spektrometre sondalama konuma (ler) piksel bulabilirsiniz. </li><li> İhracat HSC görüntüleri (örn Multitiff-fOrmat) ve kenar algılama gerçekleştirmek (örneğin, her zaman adımında i (x i ve y i) en durgunluk noktası konumunu tanımlamak için Matlab yap-işlev &#39;kenar&#39;) kullanılarak. </li><li> Yüzeyinden uzaklıkları d (t) elde etmek için her zaman adım için spektrometre tarama yer (ler) (aşama 5.1.4) pozisyonundan yüzeyi (aşama 5.1.5) konumunu çıkarın. </li></ol></li><li> Emisyon spektrumları işleme (tüm post-processing örneğin Matlab içinde yapılabilir). <ol><li> Kaydedilen her spektrum yoğunluğu yanıtını kayıtlı tüm spektrum dosyalarını (yoğunluk vs dalga boyu) İhracat ve kalibre: S exp = cal (S exp - S bg) / τ exp x C, Deneysel olarak elde edilen spektrum S exp, arka plan dosya S bg (adım 3.4.2), deneysel entegrasyon süresi ile64; exp ve C adım 4.2.1 sırasında tespit edilen kalibrasyon faktörü. </li><li> Birkaç spektrometresi kullanılması halinde, adım 3.9 sırasında alınan freestream spektrumları kullanılarak kalibrasyon katsayısı C geçerliliğini değerlendirmek. hep birlikte kalibre serbest akım spektrumları çizilir; plazma akışı spektrometre toplama hacimleri birbirine çok yakın olduğu için verdikleri yanıtlara neredeyse aynı olmalıdır. </li><li> Kalibre spektrumlarının dalgaboyu vektörü içeren dosyayı açın (örneğin, MATLAB .mat dosyasını çift tıklatın) ve l 1 = 370 nm ve λ 2 = 390 nm dalga boylarında gelen satır endeksleri tespit (alternatif &quot;bulmak kullanın Matlab &quot;komutu). Not: ablators fenol tesiriyle için türler gibi C 2 gibi de mevcuttur kökenli, CH, H, NH, OH. </li><li> İki i arasında çıkar emisyon sinyalini (burada CN mor emisyon, 370-390 nm) entegrendices (λ 1 ve λ 2) her adım için 5.2.3 (ki 1- λ 2 (t l)). </li><li> Seçim yazılımı ile Konu spektral entegre emisyon (I l 1-λ 2 (T)) yüzeyi (aşama 5.1.6) gelen spektrometresi mesafelerin bir fonksiyonu olarak her bir spektrometre (aşama 5.2.4) (Şekil 2) ( Örneğin, arsa (D (: 1: 3), I (: 1: 3), &#39;X&#39;)). </li><li> Sonuçların daha iyi yorumlanması için, bir veri polinom uyum gerçekleştirmek ve sonuçları arsa (örneğin, MATLAB polyfit komutunu kullanarak: [S, ErrorEst] = polyfit (D (: 1: 3), I (: 1: 3,9); [Uygun delta] = POLYVAL (p, d (:, 1: 3), ErrorEst); arsa (d, fit)) Not: konumu ve kaydedilen spektrumları çözünürlüğüne bağlı olarak, moleküllerin uyarılmış durumlar sıcaklık tespit edilebilir. bir radyasyon Simul kullanıntirme aracı deneysel CN menekşe spektrumları ve C 2 kuğu sistemlerine sayısal spektrumları sığdırmak için. Çeşitli çevrimiçi araçlar translasyonel, dönme titreşim elde etmek için spektral uydurma araçları ve elektronik sıcaklıkları 30 arasındadır. </li></ol></li></ol> 6. Post-Test Örnek İnceleme <ol><li> Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), karbon lifleri ve kömür tabakası bozulmasını incelemek için Not: yüksek elektrik iletkenliği nedeniyle, daha fazla arıtma tamamen yanmış C örnekleri için gereklidir. Şarj ve bakire fenolik reçine test örneği içinde varsa görüntülerin bozulma meydana gelecektir. <ol><li> Eğer mümkünse, yüzeyin herhangi bir yıkıma kaçınarak karakter katmanı incelemek için SEM cihazının vakum odasında tam test örneği yerleştirin. Not: SEM ve Röntgen Mikroanaliz ayrıntılı bir açıklaması, literatürde 31 verilmiştir kompozit malzemelere uygulanan ve p dahilrotocol. </li><li> karbon fiber boyutlarını incelemek için referans olarak bakire (test değil) Malzeme örneği kullanın: <ol><li> SEM sistemi ile tek, iyi gözlenebilir lif seçin. </li><li> üreticinin talimatlarına göre SEM sistem yazılımı tarafından sağlanan araçlarla bakire karbon fiber kalınlığı ve lif uzunluğunu tahmin edin. Örneğin, &quot;Ölçüm&quot; için araç çubuğundaki arama ve &quot;Cetvel&quot; i seçin, ardından hedef nesnenin başlangıç ​​ve bitiş noktalarını dokunun (örneğin, tek bir fiber başlangıç ​​ve bitiş noktaları). Not: Bu bir bağlantı çizgi segmenti üreten ve mesafe görüntülenir. Arda gerektiği gibi bu işlemi gerçekleştiriyoruz. </li></ol></li><li> Elyaf ve yerel saldırıların delik olabilir, oysa bağlı bir reaksiyon kontrol rejimi ve / veya yerel Acti bir oksijen difüzyon ile sınırlı ablasyon rejimi 28 göstermektedir, örneğin, test edilen numune üzerinde, bir iğne şeklini elyaf parçalanma mekanizmaları tespitmalzemenin kirlilikler nedeniyle siteleri ettik. </li><li> Bir neşter kullanılarak kırılgan malzeme kesti. derinlemesine bozulmasını araştırmak ve lifler bakire lif kalınlığı (adım 6.1.2.2) ile ablasyon liflerin kalınlığı karşılaştırarak inceltilerek edildiği derinliğini tahmin ediyoruz. </li><li> Örnek bir oksijen bakımından fakir bir atmosfer (örneğin, nitrojen ya da argon) test edildi halinde piroliz ablators yüzeye mümkün kurum oluşumunu ve karbon birikmesinin bulgulanması, bu arttırılabilir. </li><li> Kullanım enerji dispersif X-ışını analizi (EDX) SEM ile birlikte 31 algılamak ve reaktivitesinin artırıldığı (örneğin, kalsiyum ve potasyum) yol açabilir malzemenin yabancı maddelerin tespit etmek. </li></ol></li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Bu protokol yüksek entalpi akışlarındaki termik koruma malzemeleri reaksiyona malzeme karakterizasyonu için prosedürleri açıklar ve karbon-bağlı karbon fiber (CBCF) öncülü kesip, olmayan bir tesiriyle elde örnek sonuçlarını göstermektedir. CBCF malzemesi sunulan teknikleri nihai hedefler PICA ve Asterm düşük yoğunluklu karbon fenolik ablators, bükülmez ön çok benzer. denetim lisansları vermek için sınırlı değildir çünkü CBCF malzemenin ana avantajları, düşük fiyat ve açık kullanılabilirlik vardır. Bu diğer araştırma kurumları kolayca ham CBCF malzeme elde gibi yazarların yaklaşımının sunumu için seçildi. Bu yayının ile yazarlar diğer laboratuvarlar ile karşılaştırma kolaylaştıran, nispeten basit standart prosedüre tanımını öngörmektedir. Çekirdek teknikleri müdahaleci olmayan bir malzeme durgunluk izlemek için yöntem ve t sondalama olanemisyon spektroskopisi ile reaktif sınır tabakası o kimya. yüksek hızlı görüntüleme uygulaması basit bir tekniktir ancak bakım kamera sistemi uyum ve beklenen yüzey parlaklığı ile alınmalıdır. birkaç mikrosaniye sırasına göre kısa bir pozlama süresi kamera sensörünün doygunluk önlemeye yardımcı olur. Ablator durgunluk için birkaç fotogrametrik teknikler Löhle ve ark., 34, örneğin, literatürde rapor edilmiştir. Onlar yüzünden yüksek çözünürlükte bütün ablator yüzeyinin görüntüleme bizim tekniğine üstündür. Yazarlar çalışmalarımız sunulan tekniğe göre daha yüksek büyüklükte neredeyse bir sırasıdır 21 mikron çözünürlük, devlet. Ancak, fotogrametrik kurulum, kalibrasyon, ve post-processing kurulum zaman alıcı (yazarlar 1 gün / test raporu), ve iki bağımsız kamera kullanılacak varsa iki optik portlar gereklidir. yüksek n gerektiren test kampanyalarıtest numunelerinin umber bu uygulama çok pahalı olun. Bu protokol sunulan teknik kolayca ayarlanır ve post-processing mevcut sayısal araçları ile yapılabilir. Bizim teknik yerinde yüzey durgunluk aşağıdaki hedef hedefini bir araya geldi. Bizim tekniğin hassasiyeti daha optik sistemin daha yüksek bir kamera çözünürlüğü ya da daha yüksek bir odak uzunluğuna sahip arttırılabilir. Malzeme analizi yüzey ayrıntıları yüksek uzaysal çözünürlük gerektirir Ancak, biz fotogrametrik teknikler istihdam düşündürmektedir. Bakım optik emisyon spektroskopisi (OES) için optik sistemin uyum ve kalibrasyon ile alınmalıdır. Bu teknik line-of-görme ölçümlerine sınırlıdır ve sondalama elektronik olarak uyarılmış atomların ve moleküllerin kısıtlıdır. Ama sadeliği ve yatırım yüksek getiri hala bu tür bir örnek lazer kaynaklı floresan (LIF) spektroskopi, gibi daha ayrıntılı teknikler üzerinde yönetirZor ablasyon analizi sırasında yüzeye yakın yürütmek için. LIF spektroskopisi başarıyla plazma freestream 39,40 zemin devlet türlerin popülasyonlarının araştırılması uygulanan olmasına rağmen, sınır tabakasındaki LIF ölçümleri oldukça nadirdir. Sıcak SiC numune önünde SiO ölçümleri Feigl 41 tarafından rapor edilir, ancak yüzeyleri ablasyonu için henüz yapılmamıştır. ablator her zamankinden daha uzak yüzey sınır tabakası uzun ölçüm süreleri yasaklamaktadır. Bunun dışında nedeniyle belirli bileşenleri yüksek sayıda çok pahalı LIF sistemleridir. Ablasyon ürünleri, mekansal ve zamansal gelişimi nispeten basit emisyon spektroskopi ile gerçekleştirilebilir, bu yayın için ilgi çekmektedir. Üç düşük çözünürlüklü, geniş ürün yelpazesi spektrometre birden atomları ve ablasyon test sırasında mevcut molekülleri tespit etmek için görev yaptı. Optik tanı tezgah hafif toplama lens oluşuyordu, iki aynas ve üç spektrometre her biri için bir optik elyaf. Bu objektif tarafından odaklanmış dışında hiçbir ışık, optik fiberler ulaştı optik kurulum için önemliydi. Bir tesiriyle malzeme çalışılan ediliyorsa, çok sayıda hidrokarbonlar örneğin Hidrojen (Balmer serisi, H a ve H p) için, yanma alevler içinde her yerde olan malzeme ile atılır, C 2 (Kuğu sistemi), CH, OH, NH 42. Bunlar, bu kurulum ile tespit edilebilir. Çeşitli araştırma grupları yakın çevresinde ablatif ısı kalkanı malzemeleri 19,22,43,44 oluşturan reaktif sınır tabakasını analiz etmek emisyon spektroskopi uygulamaktayız. MacDonald ve ark., ICP 22, önceden oluşturulmuş ablasyon testleri. Kurulum eden kurulumu için kullanılan spektrometre sağladığı çözünürlüğü daha düşük olan 1.16 nm, bir spektral çözünürlüğe sahip benzer bir düşük çözünürlüklü spektrometresi oluşuyordu. Onların ilk tesTest sırasında yükselen yüzey sıcaklığı ile gösterildiği gibi t örnek şekil, güçlü kenar ablasyonu yaşıyor, bir silindir oldu. Bu nedenle, sınır tabakası termokimyasal durum muhtemelen zaman ortalamalı analiz zorlaştıran, deney sırasında değişti. Bizim analizi için kullanılan yarım küre test örneği kenar ablasyon deneyim ve 30 sırasında şeklini muhafaza etmedi - 90 sn test süresini 45. Hermann ve ark. 44 emisyon spektroskopi uygulayan bir magnetoplasmadynamic arcjet tesisinde radyasyon ablasyon bağlantı ilk sonuçlar verir. Bu konuyla ilgili uzun süreli zemin test tesisleri çok araştırma olmamıştır olarak bu bilimsel topluluk için yüksek ilgi görmektedir. Ne yazık ki, piroliz malzemenin önünde emisyon hiçbir zamansal davranışı bildirilmiştir. cha tarafından, 120 nm dalga boyu segmentlerinden post-processing sırasında tam spektrum birleştirilmiş edildi nm aralığında 300-800 Onların spektrumlarıkullanılan spektografıyla merkez dalga boyu donanımının değiştirilmesi. Bu nedenle, çok sayıda spektrumları, tam spektrum aralığı kapsayacak şekilde zaman içinde alınmıştır. ablatif malzeme, kendi halinde CBCF preform ve Asterm, hem geçici piroliz gazı çıkarma ve yüzey ablasyonu neden güçlü bir zamansal bir davranış deneyimli, bu geçici ortalama spektrumunu tahrifat olabilir. Çalışmalarımızda sunulan spektrografla bir avantajı dolayısıyla genellikle düşük çözünürlükte 120 nm maksimum aralık neden olan, spektrograf yarık göre geniş spektral aralığı (200-900 nm) &#39;dir. tek bir devir ile gözlenen geniş bir spektral aralık, hidrojen ihtiva eden türler (OH, NH, CH, lH), C-katkıda (C, CN, C ablasyon ve piroliz işlemleri, elde edilen, sınır tabakası içinde çeşitli türlerin gözlem sağlar 2) ve kirletici maddeler (Na, Ca, K). sadece tek bir tür geçiş ilgi Ancak, eğer, bir yüksek çözünürlüklü yarık-spektrograf appl olabilirayrıca Hermann ve diğerleri tarafından gerçekleştirilmiştir olarak tam radyal emisyon profili tarama sağlar ied. 44 Deneysel verilerin Uygulamaları Örneğin, birleştiğinde CFD ve malzeme yanıt kodları doğrulama için vardır. Ablatif sınır koşulu ile bir durgunluk hat kodu geçenlerde VKI Plasmatron 46 küresel cisimlerin durgunluk-hattı boyunca akış alanının üreme VKI de geliştirilmiştir. Simüle profilleri ile deneysel sınır tabakası emisyonu bir ön karşılaştırma başka yerde 45 sunuldu. Test edilen örneklerin mikro analizi, hava ve azot, plazmada karbon fiberlerin farklı bozunma fenomeni göstergesiydi. Alçak basınç (15 hPa) neredeyse özdeş durgunluk oranları önerdiği gibi ablasyon liflerin gözlenen buz saçağı morfolojisi ayrıca, difüzyon kontrollü ablasyon varsayımı destekledi. Bundan başka, abseİç malzeme oksidasyon nce gözenekli test numunesinin içine girişi veya sıcak sınır tabakası gazların difüzyon karşı savunuyor. Bu tür iç oksidasyonu, Weng sayısal olarak incelenmiştir ve diğ. PICA 47 için, ufalanmasının 48,49 formunda, örneğin, malzemenin mekanik arızaya neden zayıf bir elyaf yapısına neden olabilir. Bu nedenle, biz çok ısı kalkanı uygulamaları için gözenekli karbon kompozit malzemelerin yüksek entalpi testiyle birlikte genel bir mikro analiz göstermektedir. Bir mikro analiz nihai hedefi karbon fiber iç reaktivite belirlenmesi olacaktır. Panerai ve ark., 50 tarafından yürütülen olarak mekansal çözülmesi görüntüler mikro tomografi ile, örneğin, bu tür analizleri ilerleyebileceğini söyledi. Bir malzeme kod 51 .Bu kod yeni Thor kullanan ablatif kompozit malzemelerin derinlemesine termal tepki kompleksi simüle etmek için süreksiz Galerkin ayrıştırmayı kullanarak VKI geliştirildiough fiziko-kimyasal kütüphane Mutasyon ++, sonlu-oran gaz fazı kimyası ve homojen / heterojen gaz / gaz-katı denge kimyası 52 hem hesaplanması dahil, gaz karışımları termal ve taşıma özellikleri sağlayan. Biz gözenekli ortam mikro devleti temsil edebilir malzeme yanıt kodu, bizim deneysel verilerin karşılaştırılması öngörmektedir.

Ağustos 2012 tarihinden 6, NASA&#39;nın Mars Bilim Laboratuarı (MSL) görevin başarıyla Mars yüzeyinde bir gezici indi. Bu gezici zaten kimya ve mineraloji analizi için otomatik numune alma sistemi içerir. kısa bir süre sonra, 12 Kasım 2014 tarihinde, robotik Avrupa Uzay Ajansı Lander Philae bir kuyruklu yıldıza ilk yumuşak iniş elde değil. Bu örnekler bir sonraki adımlar Dünya&#39;ya güvenli bir şekilde Mars veya asteroit örnekleri iade için gerekli teknolojiler, tespit geliştirmek ve hak olacağını göstermektedir. Şu anda, ablatif malzemeler hypervelocity girişi sırasında şiddetli ısınmadan uzay kalkanlar gibi örnek dönüş misyonlar Termal Koruma Sistemi (TPS), için tek seçenek vardır. Geri kalan katı madde, araç altyapı 1,2 yalıtır iken Kimya ve ablators fiziksel ayrışma, kütle kaybı ve durgunluk içine termal enerji dönüşümü. yöntemler bu protokol boyunca sunulan, biz istiyoruztasarım belirsizlikleri azaltmak ve yeni termo-kimyasal ablasyon modelleri geliştirerek ısı kalkanı güvenilirliği artırmak devam eden çabaları yeni deneysel verilerle katkıda bulunmak. Gezegen sondaları ve uzay araçlarının ablatif Termal Koruma Malzemesi (TPM) mühendislerin yüksek performans özellikleri elde etmek için kompozit 3,4 geniş bir yelpazede faydalanmak. TPM&#39;ler genel ablasyon ve uygun mekanik özelliklere sahip, düşük ağırlık, yalıtım malzemesinden, bir piroliz olarak hizmet etmek üzere, katı bir ön ve bir doldurma matris oluşur. Fenolik reçine emdirilmiş karbon fiber bir preform yapılmış yüksek hızda giriş misyonlar, gözenekli hafif ablators yeni bir ailenin güncel örnekler NASA tarafından geliştirilen 5,6 PICA (fenolik emdirilmiş karbon ablator) ve Avrupa ablator Asterm 7 vardır. sanayi ile işbirliği içinde uzay ajanslarına ek olarak, çeşitli araştırma grupları akademik lev başladıEl üretimi ve yeni hafif ablators karakterize, örneğin 2,8 başvuruyor görmek için - 12. Atmosferik girişi sırasında darbe ısıtıldı gaz gelen ısı akışının bir kısmı ısı kalkanı içine aktarılır ve yeni ürün iki mekanizma şu transforme edilir: Piroliz kademeli yaklaşık% 50 kaybederek düşük yoğunluklu gözenekli char fenolik reçine carbonizes buharlaşma yoluyla piroliz gazları üreten kütlesi. piroliz gazları difüzyon ve ayrışma neden olduğu basınç artışı ile maddenin üzerinden taşınır. Onlar üfleme ve ek kimyasal reaksiyonlar geçmesi ile ısı alışverişi için bir başka engel sağlayarak, sınır tabakası içine egzoz. Bu tür matris için fenolik reçineler gibi polimerlerin kullanımı, böylece enerji emici ve diğer bileşenler için bir bağlayıcı olarak işlev gören, bunların bir endotermik bozunma doğası yararlanır. İkinci dönüşüm fenomenikarbonize reçine ve geri kalan C-liflerinin oluşan karakter tabakasının ablasyonu vardır. Bu tamamen malzemenin durgunluk neden böyle ufalanmanın olarak heterojen kimyasal reaksiyonlar, faz değişimi ve mekanik erozyon, tarafından teşvik edilmektedir. Malzeme modelleme 13,14 mevcut uçuş geçmiş görevleri sırasında maddi performans verileri ve çabalarına rağmen, uzay aracı ısı akışı tahmini kritik bir sorun olmaya devam etmektedir. Plazma rüzgar tünellerinin zemin testleri şu anda termal koruma malzemesi yeterlilik için tek uygun bir seçenektir. Ayrıca, yeni çoklu ölçekli malzeme yanıt modelleri dikkate malzemelerin 15,16 yeni sınıfın gözenekli mikro yapı almak için önerilmektedir. Bu modeller gelişim ve doğrulama için kapsamlı deneysel veri gerektirir. Malzeme karakterizasyonu için kullanım tesisleri en yaygın yay ısınan &lt;17 olan/ sup&gt; - 20 veya indüksiyon atmosferik iniş simülasyonu için ideal deney gazı olarak hava ile yüksek gaz entalpilerini sağlamak 21,22 meşaleler, birleştiğinde. Endüktif Plazma (ICP) Coupled subsonik 1.2MW von Karman Enstitüsü (VKI) de Plazmatronun tesisin meşale basınçlarının geniş bir aralığı için bir test nesnenin durgunluk nokta sınır tabakasında atmosferik giriş Aerotermodinamik ortamını çoğaltmak mümkün ve 25 - ısı 23 akıları. Kapsamlı bir sayısal yeniden inşa prosedürü sınır tabakası ve Yerel Isı Transferi Simülasyon dayalı gerçek re-entry uçuş koşullarına zemin test verilerinin ekstrapolasyon detaylı karakterizasyonu (LHTS) kavramı 26,27 sunmaktadır. Biz yeniden giriş uçuş iyi karakterize plazma gaz ortamı temsilcisi gözenekli bir karbon-fiber öncüsü malzeme karakterizasyonu için bir prosedür mevcut. Plazma freestream characterizayon bu protokolün bir parçası değil ama başka bir yerde 28 bulunabilir. Müdahaleci ve müdahaleci olmayan teknikler kapsamlı bir deney düzeneği sıcak plazma akışına maruz malzemenin in situ analizi için entegre edilmiştir. Bu ablasyon deneylerin sonuçları zaten sunulmuş ve yaygın bir referans 28 tartışıldı. Bu protokol ayrıntılı deneysel teknikler hakkında bilgi, tesiste kendi kurulum ve veri analizi için prosedürleri sağlamak içindir. Bu yayının hedef kitleleri çok çeşitlidir: bir yandan, bu yayın malzeme kodu geliştiricileri ve termal koruma malzemeleri mühendisler için tesisin özelliklerinin anlaşılmasını geliştirmek için deneysel yöntemler ve prosedürler daha iyi bir fikir sağlamak içindir. Öte yandan, benzer tesislerle laboratuvarların experimentalists veri üreme ve karşılaştırma için ele ve ablat veritabanı genişletmek içinDaha geniş bir ısı akışı ve basınç aralığına malzeme yanıtını ive.

<table><tbody><tr><td>Carbon-bonded carbon fiber preform</td><td>MERSEN (CALCARB)</td><td>CBCF 18-2000</td><td>sample shape was a hemisphere of 25&amp;nbsp;mm radius attached to a 25&amp;nbsp;mm cylinder</td></tr><tr><td>UV-VIS-NIR Spectrometer</td><td>Ocean Optics&amp;nbsp;</td><td>HR4000</td><td></td></tr><tr><td>Optical fiber</td><td>Ocean Optics</td><td>QP600-2-SR/BX,</td><td>modified fiber cladding for fixation</td></tr><tr><td>SpectraSuite</td><td>Ocean Optics&amp;nbsp;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lens, plano-convex</td><td>Ocean Optics</td><td>LA4745, 750&amp;nbsp;mm focal length</td><td></td></tr><tr><td>Two-color pyrometer</td><td>Raytek</td><td>Marathon Series MR1SC</td><td></td></tr><tr><td>Digital Delay Generator</td><td>Stanford Research Systems</td><td>DG535</td><td></td></tr><tr><td>High-speed camera&amp;nbsp;</td><td>Vision Research&amp;nbsp;</td><td>Vision Research Phantom 7.1</td><td></td></tr></tbody></table>

emission spectroscopic boundary layer investigation during ablative material testing in plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution for future high-speed reentry missions. But despite the advancements made since Apollo, heat flux prediction remains an imperfect science and engineers resort to safety factors to determine the TPS thickness. This goes at the expense of embarked payload, hampering, for example, sample return missions. 
Ground testing in plasma wind-tunnels is currently the only affordable possibility for both material qualification and validation of material response codes. The subsonic 1.2MW Inductively Coupled Plasmatron facility at the von Karman Institute for Fluid Dynamics is able to reproduce a wide range of reentry environments. This protocol describes a procedure for the study of the gas/surface interaction on ablative materials in high enthalpy flows and presents sample results of a non-pyrolyzing, ablating carbon fiber precursor. With this publication, the authors envisage the definition of a standard procedure, facilitating comparison with other laboratories and contributing to ongoing efforts to improve heat shield reliability and reduce design uncertainties.
The described core techniques are non-intrusive methods to track the material recession with a high-speed camera along with the chemistry in the reactive boundary layer, probed by emission spectroscopy. Although optical emission spectroscopy is limited to line-of-sight measurements and is further constrained to electronically excited atoms and molecules, its simplicity and broad applicability still make it the technique of choice for analysis of the reactive boundary layer. Recession of the ablating sample further requires that the distance of the measurement location with respect to the surface is known at all times during the experiment. Calibration of the optical system of the applied three spectrometers allowed quantitative comparison. At the fiber scale, results from a post-test microscopy analysis are presented.

açıkça mevcut dökme malzemenin rayondan kaynaklanan kısa elyaf izolasyon (saflaştırılmış selüloz yapılmış selüloz elyaf) &#39;den oluşan, yüksek ölçüde gözenekli karbon-bağlı karbon elyaf ön-parçanın (CBCF) idi. doğranmış, kesikli saf karbon lifleri fenolik reçinenin kömürleşme tarafından üretilen bir matris içinde birbirine bağlanmıştır. Bu işlem sırasında lifler odaklı olmak ve mikro ve özellikleri anizotropik vardır. 2300 K sıcaklığı istikrar ve gaz çıkması olmamasını sağlamak için yukarıdaki madde daha sonra sıcaklıklarda vakum-tedavi edilir. Malzeme uzunluğu 50 mm yarıçapı 25 mm hemisferik (HS) testi örnekleri in-house işlenmiş oldu. Örnekler% 90 bir başlangıç ​​gözenekli yaklaşık 180 kg / m3 arasında bir yoğunluğa sahiptir. VKI Plazmatronun tesisi aero-Therm yeniden üretimi için bütün deneylerde kullanılmıştıryüksek entalpisi oluşturarak yeniden giriş plazma akımlarının odynamic çevre, son derece sesaltı gaz akışını ayrışmış. Gaz yüksek saflıkta bir plazma akış oluşturmak üzere, bir bobin üzerinden endüksiyon ile ısıtılır. Test odası ve in-situ ablasyon ölçümleri için deneysel enstrümantasyon şematik bir bakış Şekil bulunabilir. 1. (a) ve 1 (b). Böyle HSC görüntüleme ve kütle kaybı elde edilen ortalama durgunluk oranı gibi deneysel test koşulları ve genel sonuçlar, Tablo 1&#39;de verilmiştir. Biz (0,75-1,1 mikron) geniş ve dar (0,95-1,1 mikron) kullanılarak, iki renkli pirometreyi kullanılan 1 Hz alım hızı (1,300-3,300 K) sıcaklık belirlenmesi için spektral bant. iki dar dalga boyu bantları kullanarak ve dalga boyu bağımsız olma bir emissivite varsayımı altında, yüzey sıcaklığı kendi yayma bilgisi olmadan tahmin edilebilir. pirometre sivri ve s durgunluk alanında durulduDurgunluk hattına göre 35 ° &#39;lik bir açı ile bir 1 cm kalınlığında kuvars camdan geniş. Cihaz siyah cisim kaynağı ile 3300 K kadar kalibre edilmiştir. Yüzey durgunluk 0.2 mm çözünürlüğe sahip HSC ölçüldü. Çap pergeli kuralı durgunluk ölçümlerin, 0.45 ile 0.9 mm arasında değişen, iki yöntem arasındaki toplam durgunluk farkıyla HSC görüntüleme tarafından gerçekleştirilen daha büyük değerler de açıktır. Bu ölçüm için yüksek belirsizlik kumpas kuralı ile kırılgan karakter tabakası sıkıştırarak tarafından tanıtıldı. Havada Resesyon oranları 44,6 ve 58,4 mm / sn arasında değişmektedir. Hava plazmada HSC belirlenmiş durgunluk oranları muhtemelen bir difüzyon kontrollü ablasyon rejimine çok farklı olmadığını ayrıca açıktır. Bu rejimde, yüzey sıcaklık tam yüzeyinde mevcut oksijen tüketimi ve conseq neden olacak kadar yüksektir, akıcı ablasyon sınır tabakasının 32,33 oksijenin difüzyon ile sınırlıdır. Tersine, bir oksidasyon reaksiyonu kontrollü bir ortamda, oksijen yüzey sıcaklığı ile yüzey ve ablasyon artar tüketilen daha sınır tabakası sayesinde hızlı yayılır. Yüksek entalpi ortamlarda CBCF malzemenin Durgunluk oranları da MacDonald ve ark edilmiştir. Ve arkadaşları, (56 mm / sn) 22 ve Löhle. (50 mm / sn) 34. Bu değerler MacDonald ve ark rağmen, bizim ölçümler arasında yalan. silindirik test numunesi şekil ve Löhle ve ark kullanılır., su ile soğutulan prob gömülü bir test örneği. Üç düşük çözünürlüklü spektrometreleri gaz fazının gözlem kullanılmıştır. ablat mevcut çoklu molekül ve atomların tespiti için izin verir - (1,000 nm 200), bu aletin avantajı geniş bir spektral aralıkta bir hızlı tarama olduğunuiyon analizi. Entegre CN emisyon yoğunlukları birbirine (Şekil. 2) göre ablasyon yüzey göstermek çok iyi bir uyum mesafe üzerinden çizilen. veri, &#39;yakın&#39; &#39;orta&#39; ve &#39;uzak&#39; ile numune yüzeyinden kendi konumlarına göre etiketlenir. Üç spektrometre yüzeyin önünde aynı mesafeden sabit optik yol toplanan ışık kez aynı CN mor emisyon yoğunluğu ölçülür. Her üç spektrometre entegre yoğunlukları neredeyse ablasyon yüzeyi önce 3.4 mm denk. Her iki olgu kaydedildi CN menekşe emisyon sınır tabakası sayesinde azalan önce, sadece test örneğinin önünde zirve olduğunu göstermektedir. Bu sonuçlara göre biz bütün test süresi boyunca havada maddi yanık-off çok kararlı olduğunu anlamak ve kaydedilen emisyon sinyal yüzeyinin 5 mm frontal içinde yaklaşık% 90 düştü. CN menekşeDeneysel spektrumlan daha sonra gazı sıcaklıkları elde etmek için simüle spektrumları ile karşılaştırma yapmak için kullanılmıştır. Sentetik spektrumları heyecan seviyelerinin Boltzmann dağılımı varsayılarak SPECAIR 2.2 kullanılarak elde edilmiştir ve en küçük kareler uydurma prosedürüyle translasyonel-dönme sıcaklıklarını T çürüme ve titreşim elektronik sıcaklık T VIB (Şek. 3) tahmin etmek için uygulanmıştır. İki durum, düşük, (a) ve yüksek (B) basıncı sınır tabakasının duvar yakınındaki alınan spektrumu ile sunulmuştur. Tahmini sıcaklıklar düşük basınçta termal denge yüksek bir sapma vermiştir (Şek. 3 (a)). Aynı analiz daha düşük bir basınçta, duvara yakın termal dengeye sapma gösteren, yüzeyinden çok mesafeler için gerçekleştirilmiştir (Şek. 4 (a), 15 hPa), sınır tabakası içinden dengeleme. Alınan sıcaklıklar T r 8200 K sırayla vardıSınır tabaka ile 8200 K doğru azalan T VIB ot ve duvara vib yakın T 21.000 K,. Bu, daha yüksek basınç altında (Şek. 4 (b), 200 hPa) sınır tabakası boyunca dengeli duruma zıttır. Sıcaklık sınırları uydurma prosedür için bu sınırlar içinde teorik spektrum varyasyon sağlayan, spektrometre emisyon yoğunluğuna% 10 belirsizliğe dayalı idi. Düşük basınçta, moleküller arasındaki uyarma transferi nedeniyle sınır tabaka kenarına doğru equilibrating etkisini açıklayabilir az çarpışmalar, indirgenir. Biz CN titreşim uyarılması ve ardından CN üretimi düşük plazma entalpileri, moleküler azot güçlü bir etkiye varsayıyorum. Çok vibrationally heyecanlı azot dissosiyatif adsorpsiyon CN üretimine yol yüzeyinde reaktif siteleri oluşturmak için kabul edilir. Boubertve Vervisch düşük basınçta 35 azot / karbon dioksit plazmada bu süreci tanımlamak. enerji fazlasına gelen ekzotermik reaksiyonlar CN rotasyonel ve titreşim eksitasyon çevrilerek olan bu işlem, bir yüzey azot atomu bir havuz oluşturabilir. Mikrograflar hava plazmasında C-oksidasyonu yaklaşık 0.2 mm bir oksidasyon derinliği ablasyon liflerinin saçağı şekline yol olduğu kanıtlanmıştır (Şek. 5 (a)). 38 - nedeniyle ablasyon saçağı şekillendirme Bu tür yaygın karbon-karbon kompozit malzemelerinin 36 literatürde bildirilmiştir. saçağı şekli (açısı) gözenekli malzemenin yüzeyinde reaksiyona difüzyon rekabet bağlıdır, ve bu nedenle, oksijen difüzyon ile değişir. Bu uzunluk, oksijen difüzyon ortalama derinliği uygun olduğu varsayılır. saçağı şekli ayrıca difüzyon kontrollü ablasyon onaylar. Buna, reaksiyonSınırlı ablasyon karbon liflerin yerel çukurlaşmayı üreten, oksijen derin lif yapısına float izin verecek. Parlak kıvılcım yüzeyinden ayrılmakta sıcak elyaf kümeleri neden olabileceği bazı ablasyon testleri (Şek. 5 (b)), gözlenmedi. Azot, plazmada Ablasyon (Şek. 5 (c)) nitrürleme Malzemenin yavaş durgunluk yol yüzeyleri üzerinde yüksek bozulmuş elyafları yol açtı. nitrojene karbon tepkime oksijen çok daha düşük olduğu için, azot bütün fiber boyunca bozulmasına sebep malzeme içine daha derine nüfuz edebilir. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/53742/53742fig1.jpg" /> Şekil 1. Plazmatronun ve deney düzeneği genel bakış. (A) VKI Plazmatronun test odası genel t dışında test örneği gösterenO tutma sistemi, ısı akışı ve basınç probları ve ölçerlerden, HSC ve spektrometre optik optik kere. (B) şematik deney düzeneği. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53742/53742fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Tablo 1" src="/files/ftp_upload/53742/53742table1.jpg" /> Tablo 1. Plazmatronun test koşulları ve karbon preform örneklerinin deneysel sonuçlar. Test durumda referans test gazı, statik basınç p s, dinamik basınç p d jeneratör gücü P, soğuk duvar ısı akısı q cw, test numunesi maruz kalma zaman sabitleri ortalama demek yüzey sıcaklığı T s, durgunluk oranı r / τ ve kütle kaybı oranı m / τ. Sınır tabaka Şekil 2. Mekansal CN menekşe emisyon sabit optik yolları ablasyonu yüzeyinin önünde aynı mesafeden ışık toplama zaman iyi denk havada preform ablasyon sırasında üç komşu spektrometre tarafından kaydedilen Emisyon profilleri:. Stabil malzeme yanık-off, ve yüzeye (koşul A1a) reaktif sınır tabaka boyutu ~ 5 mm frontal. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53742/53742fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/53742/53742fig3.jpg" /> Spektral uydurma yöntemiyle tahmin Şekil 3. CN menekşe sıcaklıkları. öteleme-dönme ve titreşim-elektronik tempe sağlanan SPECAIR 2.2 ile hesaplanan CN menekşe spektrumları en iyi montaj için en küçük kareler yöntemitemiyle T çürüme ve T VIB: (a) Durum A1a T rot = 8.240 K ± 400 K, T VIB = 21,600 K ± 1.700 K, 12,600 K ± 500 K (denge simülasyon T LTE karşılaştırma için gösterilir) = T LTE; (B) Durum A1a: T rot = 6880 K ± 200 K, T VIB = 7120 K ± 180 K. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53742/53742fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/53742/53742fig4.jpg" /> Sınır tabaka Şekil 4. CN menekşe sıcaklık profilleri. Simüle gelen vib Translational-dönme ve titreşim-elektronik sıcaklık T çürüklüğü ve T, CN menekşe spektrumları donatılmış200 hPa (b) en sınır tabakası boyunca 15 hPa (a) düşük basınçta duvara termal denge koşulu yakın ancak mevcut dengeden sapma ablasyon yüzeyinden dört mesafelerde bir radyasyon simülasyon aracı ile önermek bilgisayarlı. Sıcaklık sınırları [K] montaj işlemi için bu sınırlar içinde teorik spektrum varyasyon izin spektrometre emisyon yoğunluğuna% 10 belirsizlik dayanmaktadır. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53742/53742fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/53742/53742fig5.jpg" /> Şekil 5. Taramalı Elektron Mikrograflan hava ablasyon (a), azot ablasyonu (c) sonra in-situ fotoğrafı (b) ve mikrograflar dahil. (A) Post hava-ablasyon mikrograflar alınan sonraön yüzey yakınında, oksijen difüzyon derinliği yakın saçağı şekline yol fiber ucu oksidasyon karbon fiberlerin noktası, bu incelme durgunluk 200 um (difüzyon sınırlı ablasyonu); (B) Fotoğraf silindirik bir test örneğinin ablasyon testi sırasında alınan (pozlama süresi: 1/200 sn) parlak kıvılcım göstermektedir; (C) Güçlü korozyon bütün lif uzunluğu boyunca azot gözlendi. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53742/53742fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron at JoVE.com

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Development of new ablative materials and their numerical modeling requires extensive experimental investigation. This protocol describes procedures for material response characterization in plasma flows with the core techniques being non-intrusive methods to track the material recession along with the chemistry in the reactive boundary layer by emission spectroscopy.

Plazmatronun ablatif Malzeme Test sırasında Emisyon Spektroskopik Sınır Tabaka İncelenmesi

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

emission-spectroscopic-boundary-layer-investigation-during-ablative

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Engineering

12.3K Görüntüleme.  von Karman Institute for Fluid Dynamics. Development of new ablative materials and their numerical modeling requires extensive experimental investigation. This protocol describes procedures for material response characterization in plasma flows with the core techniques being non-intrusive methods to track the material recession along with the chemistry in the reactive boundary layer by emission spectroscopy.

Video: Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses

Early plasma is generated owing to high intensity laser irradiation of target and the subsequent target material ionization. Its dynamics plays a significant role in laser-material interaction, especially in the air environment1-11.
Early plasma evolution has been captured through pump-probe shadowgraphy1-3 and interferometry1,4-7. However, the studied time frames and applied laser parameter ranges are limited. For example, direct examinations of plasma front locations and electron number densities within a delay time of 100 picosecond (ps) with respect to the laser pulse peak are still very few, especially for the ultrashort pulse of a duration around 100 femtosecond (fs) and a low power density around 1014 W/cm2. Early plasma generated under these conditions has only been captured recently with high temporal and spatial resolutions12. The detailed setup strategy and procedures of this high precision measurement will be illustrated in this paper. The rationale of the measurement is optical pump-probe shadowgraphy: one ultrashort laser pulse is split to a pump pulse and a probe pulse, while the delay time between them can be adjusted by changing their beam path lengths. The pump pulse ablates the target and generates the early plasma, and the probe pulse propagates through the plasma region and detects the non-uniformity of electron number density. In addition, animations are generated using the calculated results from the simulation model of Ref. 12 to illustrate the plasma formation and evolution with a very high resolution (0.04 ~ 1 ps).
Both the experimental method and the simulation method can be applied to a broad range of time frames and laser parameters. These methods can be used to examine the early plasma generated not only from metals, but also from semiconductors and insulators.

An experimental method to examine the early plasma evolution induced by ultrashort laser pulses is described. Using this method, high quality images of early plasma are obtained with high temporal and spatial resolutions. A novel integrated atomistic model is used to simulate and explain the mechanisms of early plasma.

Erken Plazma Evrim Araştırılması ultrashort Lazer Bakliyat Bağlı

Early plasma is generated owing to high intensity laser irradiation of target and the subsequent target material ionization. Its dynamics plays a ...

Mühendislik

Fabrication of Nano-engineered Transparent Conducting Oxides by Pulsed Laser Deposition

Nanosecond Pulsed Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition of metal oxides with tunable morphology, structure, density and stoichiometry by a proper control of the plasma plume expansion dynamics. Such versatility can be exploited to produce nanostructured films from compact and dense to nanoporous characterized by a hierarchical assembly of nano-sized clusters. In particular we describe the detailed methodology to fabricate two types of Al-doped ZnO (AZO) films as transparent electrodes in photovoltaic devices: 1) at low O2 pressure, compact films with electrical conductivity and optical transparency close to the state of the art transparent conducting oxides (TCO) can be deposited at room temperature, to be compatible with thermally sensitive materials such as polymers used in organic photovoltaics (OPVs); 2) highly light scattering hierarchical structures resembling a forest of nano-trees are produced at higher pressures. Such structures show high Haze factor (&gt;80%) and may be exploited to enhance the light trapping capability. The method here described for AZO films can be applied to other metal oxides relevant for technological applications such as TiO2, Al2O3, WO3 and Ag4O4.

We describe the experimental method to deposit nanostructured oxide thin films by nanosecond Pulsed Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas. By using this method Al-doped ZnO (AZO) films, from compact to hierarchically structured as nano-tree forests, can be deposited.

Fabrikasyon Pulsed Lazer Biriktirme tarafından Transparent letken Oksitler Nano-mühendislik

Nanosecond Pulsed  Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition  of metal oxides with tunable morphology, structure, ...

Measurement and Analysis of Atomic Hydrogen and Diatomic Molecular AlO, C2, CN, and TiO Spectra Following Laser-induced Optical Breakdown

In this work, we present time-resolved measurements of atomic and diatomic spectra following laser-induced optical breakdown. A typical LIBS arrangement is used. Here we operate a Nd:YAG laser at a frequency of 10 Hz at the fundamental wavelength of 1,064 nm. The 14 nsec pulses with anenergy of 190 mJ/pulse are focused to a 50 &#181;m spot size to generate a plasma from optical breakdown or laser ablation in air. The microplasma is imaged onto the entrance slit of a 0.6 m spectrometer, and spectra are recorded using an 1,800 grooves/mm grating an intensified linear diode array and optical multichannel analyzer (OMA) or an ICCD. Of interest are Stark-broadened atomic lines of the hydrogen Balmer series to infer electron density. We also elaborate on temperature measurements from diatomic emission spectra of aluminum monoxide (AlO), carbon (C2), cyanogen (CN), and titanium monoxide (TiO).
The experimental procedures include wavelength and sensitivity calibrations. Analysis of the recorded molecular spectra is accomplished by the fitting of data with tabulated line strengths. Furthermore, Monte-Carlo type simulations are performed to estimate the error margins. Time-resolved measurements are essential for the transient plasma commonly encountered in LIBS.

Measurement and Analysis of Atomic Hydrogen and Diatomic Molecular AlO, C2, CN, and TiO Spectra Following Laser-induced Optical Breakdown

Time-resolved atomic and diatomic molecular species are measured using LIBS. The spectra are collected at various time delays following the generation of optical breakdown plasma with Nd:YAG laser radiation&#160;and are analyzed to infer electron density and temperature.

Ölçme ve Atomik Hidrojen ve iki atomlu moleküler AIO, C Analizi<sub&gt; 2</sub&gt;, CN, ve TiO Spectra takiben lazer kaynaklı Optik Dağılımı

In this work, we present time-resolved measurements of atomic and diatomic spectra following laser-induced optical breakdown. A typical LIBS arrangement ...

Applying X-ray Imaging Crystal Spectroscopy for Use as a High Temperature Plasma Diagnostic

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line intensity ratios. By using a Johann spectrometer viewing the plasma, it is possible to construct profiles of plasma parameters such as density, temperature, and velocity with good spatial and time resolution. However, benchmarking atomic code modeling of X-ray spectra obtained from well-diagnosed laboratory plasmas is important to justify use of such spectra to determine plasma parameters when other independent diagnostics are not available. This manuscript presents the operation of the High Resolution X-ray Crystal Imaging Spectrometer with Spatial Resolution (HIREXSR), a high wavelength resolution spatially imaging X-ray spectrometer used to view hydrogen- and helium-like ions of medium atomic number elements in a tokamak plasma. In addition, this manuscript covers a laser blow-off system that can introduce such ions to the plasma with precise timing to allow for perturbative studies of transport in the plasma.

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas. This manuscript presents the operation of a high wavelength resolution spatially imaging X-ray spectrometer used to view hydrogen- and helium-like ions of medium atomic number elements in a tokamak plasma.

Yüksek Sıcaklık Plazma Tanı olarak Kullanım için X-ışını Görüntüleme Kristal Spektroskopisi Uygulanması

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line ...

Laser-heating and Radiance Spectrometry for the Study of Nuclear Materials in Conditions Simulating a Nuclear Power Plant Accident

Major and severe accidents have occurred three times in nuclear power plants (NPPs), at Three Mile Island (USA, 1979), Chernobyl (former USSR, 1986) and Fukushima (Japan, 2011). Research on the causes, dynamics, and consequences of these mishaps has been performed in a few laboratories worldwide in the last three decades. Common goals of such research activities are: the prevention of these kinds of accidents, both in existing and potential new nuclear power plants; the minimization of their eventual consequences; and ultimately, a full understanding of the real risks connected with NPPs. At the European Commission Joint Research Centre&#39;s Institute for Transuranium Elements, a laser-heating and fast radiance spectro-pyrometry facility is used for the laboratory simulation, on a small scale, of NPP core meltdown, the most common type of severe accident (SA) that can occur in a nuclear reactor as a consequence of a failure of the cooling system. This simulation tool permits fast and effective high-temperature measurements on real nuclear materials, such as plutonium and minor actinide-containing fission fuel samples. In this respect, and in its capability to produce large amount of data concerning materials under extreme conditions, the current experimental approach is certainly unique. For current and future concepts of NPP, example results are presented on the melting behavior of some different types of nuclear fuels: uranium-plutonium oxides, carbides, and nitrides. Results on the high-temperature interaction of oxide fuels with containment materials are also briefly shown.

We present experiments in which real nuclear fuel, cladding, and containment materials are laser heated to temperatures beyond 3,000 K while their behavior is studied by radiance spectroscopy and thermal analysis. These experiments simulate, on a laboratory scale, the formation of a lava-phase following a nuclear reactor core meltdown.

Lazer-Isıtma ve bir nükleer santral kazası simüle Radiance spektrometresi çalışma koşullarında nükleer malzeme için

Major and severe accidents have occurred three times in nuclear power plants (NPPs), at Three Mile Island (USA, 1979), Chernobyl (former USSR, 1986) and ...

Kimya

Non-equilibrium Microwave Plasma for Efficient High Temperature Chemistry

A flowing microwave plasma based methodology for converting electric energy into internal and/or translational modes of stable molecules with the purpose of efficiently driving non-equilibrium chemistry is discussed. The advantage of a flowing plasma reactor is that continuous chemical processes can be driven with the flexibility of startup times in the seconds timescale. The plasma approach is generically suitable for conversion/activation of stable molecules such as CO2, N2 and CH4. Here the reduction of CO2 to CO is used as a model system: the complementary diagnostics illustrate how a baseline thermodynamic equilibrium conversion can be exceeded by the intrinsic non-equilibrium from high vibrational excitation. Laser (Rayleigh) scattering is used to measure the reactor temperature and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) to characterize in situ internal (vibrational) excitation as well as the effluent composition to monitor conversion and selectivity.

This article describes a flowing microwave reactor that is used to drive efficient non-equilibrium chemistry for the application of conversion/activation of stable molecules such as CO2, N2 and CH4. The goal of the procedure described here is to measure the in situ gas temperature and gas conversion.

Verimli Yüksek Sıcaklık Kimyası İçin Denge Dışı Mikrodalga Plazma

A flowing microwave plasma based methodology for converting electric energy into internal and/or translational modes of stable molecules with the purpose ...

An Atmospheric Pressure Plasma Setup to Investigate the Reactive Species Formation

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. The reactions of cold plasma with the surrounding atmosphere yield a variety of reactive species, which can define its effectiveness. While efficient development of cold plasma therapy requires kinetic models, model benchmarking needs empirical data. Experimental studies of the source of reactive species detected in aqueous solutions exposed to plasma are still scarce. Biomedical plasma is often operated with He or Ar feed gas, and a specific interest lies in investigation of the reactive species generated by plasma with various gas admixtures (O2, N2, air, H2O vapor, etc.) Such investigations are very complex due to difficulties in controlling the ambient atmosphere in contact with the plasma effluent. In this work, we addressed common issues of &#39;high&#39; voltage kHz frequency driven plasma jet experimental studies. A reactor was developed allowing the exclusion of ambient atmosphere from the plasma-liquid system. The system thus comprised the feed gas with admixtures and the components of the liquid sample. This controlled atmosphere allowed the investigation of the source of the reactive oxygen species induced in aqueous solutions by He-water vapor plasma. The use of isotopically labelled water allowed distinguishing between the species originating in the gas phase and those formed in the liquid. The plasma equipment was contained inside a Faraday cage to eliminate possible influence of any external field. The setup is versatile and can aid in further understanding the cold plasma-liquid interactions chemistry.

An experimental setup was created for the helium-operated kHz frequency plasma jet. The setup includes a cage for the plasma power supply and jet and an in-house built reactor to monitor plasma-induced reactive species without the interference of the ambient atmosphere.

Bir Atmosfer Basıncı Plazma Kurulum Reaktif Türler Oluşumu Araştırma

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. ...

Total Internal Reflection Absorption Spectroscopy (TIRAS) for the Detection of Solvated Electrons at a Plasma-liquid Interface

The total internal reflection absorption spectroscopy (TIRAS) method presented in this article uses an inexpensive diode laser to detect solvated electrons produced by a low-temperature plasma in contact with an aqueous solution. Solvated electrons are powerful reducing agents, and it has been postulated that they play an important role in the interfacial chemistry between a gaseous plasma or discharge and a conductive liquid. However, due to the high local concentrations of reactive species at the interface, they have a short average lifetime (~1 &#181;s), which makes them extremely difficult to detect. The TIRAS technique uses a unique total internal reflection geometry combined with amplitude-modulated lock-in amplification to distinguish solvated electrons&#39; absorbance signal from other spurious noise sources. This enables the in situ detection of short-lived intermediates in the interfacial region, as opposed to the bulk measurement of stable products in the solution. This approach is especially attractive for the field of plasma electrochemistry, where much of the important chemistry is driven by short-lived free radicals. This experimental method has been used to analyze the reduction of nitrite (NO2-(aq)), nitrate (NO3-(aq)), hydrogen peroxide (H2O2(aq)), and dissolved carbon dioxide (CO2(aq)) by plasma-solvated electrons and deduce effective rate constants. Limitations of the method may arise in the presence of unintended parallel reactions, such as air contamination in the plasma, and absorbance measurements may also be hindered by the precipitation of reduced electrochemical products. Overall, the TIRAS method can be a powerful tool for studying the plasma-liquid interface, but its effectiveness depends on the particular system and reaction chemistry under study.

Total Internal Reflection Absorption Spectroscopy TIRAS for the Detection of Solvated Electrons at a Plasma-liquid Interface

This article presents a total internal reflection absorption spectroscopy (TIRAS) method for measuring short-lived free radicals at a plasma-liquid interface. In particular, TIRAS is used to identify solvated electrons based on their optical absorbance of red light near 700 nm.

Toplam iç yansıma soğurma spektroskopisi (TIRAS) Solvated elektron vasıl bir plazma-sıvı arayüzey tespiti için

The total internal reflection absorption spectroscopy (TIRAS) method presented in this article uses an inexpensive diode laser to detect solvated ...

Building Langmuir Probes and Emissive Probes for Plasma Potential Measurements in Low Pressure, Low Temperature Plasmas

Langmuir probes have long been used in experimental plasma physics research as the primary diagnostic for particle fluxes (i.e., electron and ion fluxes) and their local spatial concentrations, for electron temperatures, and for electrostatic plasma potential measurements, since its invention by Langmuir in the early 1920s. Emissive probes are used for measuring plasma potentials. The protocols exhibited in this work serve to demonstrate how these probes may be built for use in a vacuum chamber in which a plasma discharge may be confined and sustained. This involves vacuum techniques for building what is essentially an electrical feedthrough, one that is rotatable and translatable. Certainly, complete Langmuir probe systems may be purchased, but they can also be built by the user at considerable cost savings, and at the same time be more directly adapted to their use in a particular experiment. We describe the use of Langmuir probes and emissive probes in mapping the electrostatic plasma potential from the body of the plasma up to the sheath region of a plasma boundary, which in these experiments&#160;is created by a negatively biased electrode immersed within the plasma, in order to compare the two diagnostic techniques and assess their relative advantages and weaknesses. Although Langmuir probes have the advantage of measuring the plasma density and electron temperature most accurately, emissive probes can measure electrostatic plasma potentials more accurately throughout the plasma, up to and including the sheath region.

The main goal of this work is to make it easier for research groups unfamiliar with Langmuir probes and emissive probes to use them as plasma diagnostics, especially near plasma boundaries. We do this by demonstrating how to build the probes from readily available materials and supplies.

Düşük Basınçlı, Düşük Sıcaklıklı Plazmalarda Plazma Potansiyeli Ölçümleri için Langmuir Probları ve Yayıcı Problar Oluşturma

Langmuir probes have long been used in experimental plasma physics research as the primary diagnostic for particle fluxes (i.e., electron and ion fluxes) ...

Metal Flame Emission

Source: Smaa Koraym at Johns Hopkins University, MD, USA
<ol class="note-items">
	<li data-note-item="1" data-parent-collapse="">Metal Flame Emission Testing<button class="expand">Expand</button>
	In this lab, you will excite the electrons of six metal chloride salts with heat from a flame and measure the wavelength of light emitted by the relaxing electrons. The emitted light is in the visible spectrum, so you will see different colored flames for the different metals.
	At the end of the lab, you will measure the emission spectrum of a sparkler and use the data you collected from the metal salts to identify the metals in the sparkler. To help with this process, make a table in your lab notebook to record the wavelengths emitted from ambient light, the salts, and the sparkler.
	<h4>Table 1: Observed Wavelengths</h4>
	<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
		<tbody>
			<tr>
				<td style="text-align: center;">Run #</td>
				<td style="text-align: center;">Source</td>
				<td style="text-align: center;">Recorded wavelength(s)</td>
			</tr>
			<tr>
				<td style="text-align: center;">1</td>
				<td style="text-align: center;">Room lights</td>
				<td></td>
			</tr>
			<tr>
				<td style="text-align: center;">2</td>
				<td style="text-align: center;">NaCl</td>
				<td></td>
			</tr>
			<tr>
				<td style="text-align: center;">3</td>
				<td style="text-align: center;">LiCl</td>
				<td></td>
			</tr>
			<tr>
				<td style="text-align: center;">4</td>
				<td style="text-align: center;">KCl</td>
				<td></td>
			</tr>
			<tr>
				<td style="text-align: center;">5</td>
				<td style="text-align: center;">SrCl2</td>
				<td></td>
			</tr>
			<tr>
				<td style="text-align: center;">6</td>
				<td style="text-align: center;">BaCl2</td>
				<td></td>
			</tr>
			<tr>
				<td style="text-align: center;">7</td>
				<td style="text-align: center;">CuCl2</td>
				<td></td>
			</tr>
			<tr>
				<td style="text-align: center;">8</td>
				<td style="text-align: center;">Sparkler</td>
				<td></td>
			</tr>
		</tbody>
	</table>
	<a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/CDNSource/lm/labs/48/Table_1._Observed_Wavelengths.xlsx" target="_blank">Click Here to download Table 1</a>
	During this lab, you will hold a salt-coated applicator at the edge of a Bunsen burner flame to excite the metal salts. If the applicator catches fire, immediately quench it in a beaker of water. For excitation, you will hold a detector near the flame and the sparkler to measure the wavelengths of the emitted light. Keep a safe distance to protect yourself and the detector. As some tasks are performed simultaneously, we suggest that you work in groups of four with each student completing tasks as needed.
	<ul class="lab-items">
		<li data-sub-note-item="1-4">
		<div class="lab-step">Put on a lab coat, safety glasses, and nitrile gloves.</div>
		</li>
		<li data-sub-note-item="1-5">
		<div class="lab-step">Set up the Bunsen burner in the fume hood.</div>
		</li>
		<li data-sub-note-item="1-6">
		<div class="lab-step">Fill a 400-mL beaker with tap water and bring it to the hood. Place the salts, applicators, and tap water within easy reach on one side of the Bunsen burner.</div>
		</li>
		<li data-sub-note-item="1-7">
		<div class="lab-step">Turn on the hand-held spectrophotometer and familiarize yourself with its components.</div>
		</li>
		<li data-sub-note-item="1-8">
		<div class="lab-step">Create a new experiment and configure the spectrometer to measure emission intensity. Set the sample time to 200 ms and the number of readings at a given wavelength to 1. Record the settings and the experiment name in your lab notebooks.</div>
		</li>
		<li data-sub-note-item="1-9">
		<div class="lab-step">Measure the spectrum of the room lights. Have one or two students hold the optical detector as close to the lights as possible without disconnecting the cables. Once ready, have a different student start the spectrometer. The spectrum should be clear, with minimal noise and no off-scale peaks. Note: If you have trouble, hold the probe in a nearly closed drawer or box to shield it from sunlight while pointing it at the room lights.</div>
		</li>
		<li data-sub-note-item="1-10">
		<div class="lab-step">Immediately capture the spectrum when it looks good. Confirm that you have a high-quality spectrum before saving it. Record the wavelengths of the peaks in your data table.</div>
		</li>
		<li data-sub-note-item="1-11">
		<div class="lab-step">Measure the emission spectra of the metal salts. Ignite the Bunsen burner and adjust the collar until the flame distinctly separates into an inner and outer flame.</div>
		</li>
		<li data-sub-note-item="1-12">
		<div class="lab-step">Bring the spectrometer to the hood and arrange the cables so that the detector can be held about one inch from the flame.</div>
		</li>
		<li data-sub-note-item="1-13">
		<div class="lab-step">Have one student prepare the spectrometer for the run. This student should have a clear view of the burner so they can begin acquiring data as soon as the salt enters the flame. Then, have another student hold the detector no closer than one inch from the flame. Note: Any closer risks damaging the detector. But you won&#39;t get a clear spectrum if the detector is too far away.</div>
		</li>
		<li data-sub-note-item="1-14">
		<div class="lab-step">Have a different student take one of the applicators from the beaker of water and dip it into the tube of NaCl to coat the wet cotton with the salt. Then, carefully insert the salt-coated applicator about 1 mm into the outer flame, which will change color.</div>
		</li>
		<li data-sub-note-item="1-15">
		<div class="lab-step">Start the spectrometer when the applicator enters the flame. Note: If the peak intensities are off-scale, adjust the detector position until all peaks are within detection limits. If the flame color change is hard to see, pick up more salt on the same applicator and try again until you see an intense color. If the spectrum is noisy or weak, try pointing the detector at a different part of the flame.</div>
		</li>
		<li data-sub-note-item="1-16">
		<div class="lab-step">When you see a good spectrum, capture and save it. Everyone should review the spectrum to ensure that it is of good quality. Write down the emission wavelengths in your table.</div>
		</li>
		<li data-sub-note-item="1-17">
		<div class="lab-step">Submerge the NaCl applicator in your wastewater beaker. Always use a different applicator for each salt.</div>
		</li>
		<li data-sub-note-item="1-18">
		<div class="lab-step">Follow the same procedure to test the remaining five salts, being careful to avoid cross-contamination between the salts. Once you have tested the last salt and recorded the wavelengths, set up data collection for the sparkler.</div>
		</li>
		<li data-sub-note-item="1-19">
		<div class="lab-step">At the instructor&#39;s hood, light the sparkler with the Bunsen burner and place it handle down in the Erlenmeyer flask. Remember, the sparks may be very hot. Turn off the gas to extinguish the Bunsen burner.</div>
		</li>
		<li data-sub-note-item="1-20">
		<div class="lab-step">As one student holds the detector close to the sparkler, have another student start data collection. Position the detector to get as many peaks in scale as possible without losing the less intense peaks.</div>
		</li>
		<li data-sub-note-item="1-21">
		<div class="lab-step">Capture and save the spectrum once it looks good. Remember to write down the wavelengths in your table. Note: If the sparkler is long-lived, collect a second spectrum and either choose the best one or keep them both for the analysis.</div>
		</li>
		<li data-sub-note-item="1-22">
		<div class="lab-step">Let the sparkler burn out in the hood while you send the collected data to everyone in the group and shut down the data acquisition system.</div>
		</li>
		<li data-sub-note-item="1-23">
		<div class="lab-step">Bring the copper, barium, and strontium tubes to the waste hood and thoroughly rinse the tubes with deionized water into the designated waste container.</div>
		</li>
		<li data-sub-note-item="1-24">
		<div class="lab-step">Flush the sodium, potassium, and lithium salts down the drain and rinse the remaining test tubes. Put away the test tubes and the other equipment.</div>
		</li>
		<li data-sub-note-item="1-25">
		<div class="lab-step">Once the ashes and sparkler handle have cooled, dump them in the trash.</div>
		</li>
	</ul>
	</li>
	<li data-note-item="2" data-parent-collapse="">Results<button class="expand">Expand</button>
	<ul class="lab-items">
		<li data-sub-note-item="2-1">
		<div class="lab-step">First, plot the data for each run with intensity on the y-axis and wavelength on the x-axis.</div>
		</li>
		<li data-sub-note-item="2-2">
		<div class="lab-step">Compare the sparkler spectrum to the background spectrum from the room lights. Identify which small peaks may be from the room lights.</div>
		</li>
		<li data-sub-note-item="2-3">
		<div class="lab-step">Compare the metal spectra to the sparkler spectrum. Sodium appears to be the source of the peak at about 589 nm. There are no peaks matching the lithium spectrum, but potassium matches the large peak at 770 nm.</div>
		</li>
		<li data-sub-note-item="2-4">
		<div class="lab-step">The sparkler spectrum doesn&#39;t seem to have strontium peaks. However, barium is a good match for several peaks in the sparkler spectrum. Lastly, no copper seems to be present in the sparkler. Thus, we conclude that the sparkler was burning sodium, potassium, and barium when the spectrum was acquired.</div>
		</li>
	</ul>
	</li>
</ol>

Metal Alev Emisyonu

Source: Smaa Koraym at Johns Hopkins University, MD, USA

	Metal Flame Emission TestingExpand
	In this lab, you will excite the electrons of six metal ...