Resonante Absorption von Laserstrahlung im WIG-Lichtbogen (Teil 2) R. Kozakov, B. Emde, A. Pipa, D. Uhrlandt Einleitung Untersuchung der Laser-Plasma Wechselwirkung • Abschätzung • Experiment Temperaturbestimmung im Lichtbogen Berechnung der Leitfähigkeit des Lichtbogens Abschätzung der Laserwirkung WIG-Lichtbogen ist ein Plasma im lokalen thermodynamischen Gleichgewicht. • Stoßprozesse sind sehr intensiv. • Welchen Anteil am gesamten Energieübertrag haben Strahlungsprozesse? • Stoßprozesse Zik = < σ > ~ 1010 [s-1] • Strahlung Zik = ρ811 ~ 108 [s-1] Abschätzung der Laserwirkung Für ein gegebenes Laser Spektrum (100W CW) ergibt sich eine Übersicht zum Verhältnis zwischen Stoß- und Strahlungsprozessen: Die eingebrachte Laserenergie wird sehr schnell in thermische Energie umgewandelt. 75 W/nm 0.5 mm 75 W/nm 1 mm 25 W/nm 1 mm 25 W/nm 2 mm Experiment Ein 300 W CW Laser mit dem Spektrum um 811 ± 2.5 nm Mit Laser Differenz Ohne Laser Vergleich verschiedener spektraler Bereiche 811 nm 535 nm 488 nm Die Intensität ändert sich im gesamten Spektrum – ein Beweis für Umwandlung der Laserenergie in die thermische Energie. Die eingebrachte Energie führt zu lokaler Erhitzung und Änderung der Leitfähigkeit des Plasmas. Temperaturbestimmung Struktur der Differenzbilder: • Intensitätsanstieg durch lokale Erhitzung ε ε(T+∆T)=ε(T)+ ∆T • Differenz proportional zur Ableitung ∆ ε = ε(T+∆T) – ε(T) = ε ∆T Temperaturbestimmung Lasereinfluß hat keine axiale Symmetrie – tomographische Auswertung notwendig Laser 13º 30º 23º 38º PCO Ethernet Absolute Temperaturen Ebene 4 mm über die Anode Differenz der Temperaturen Leitfähigkeit unter Lasereinfluß Ebene 0.5 mm über die Anode Spannungsänderung Spezifische Widerstand (pro Lichtbogenlänge) Differenz zwischen Kurven ergibt 1.1 mΩ. Entspricht 0.13 V bei 130 A Zusammenfassung Einfluss der resonante Laserabsorption auf WIG – Lichtbogen nachgewiesen Einfluss auf die Temperatur und Leitfähigkeit festgestellt Gute Übereinstimmung der spektroskopischen und elektrischen Messungen Trotz nachgewiesener Wirkung der Absorption geringer Effekt auf den Lichtbogenprozess, da die absorbierte Leistung gering ist (16% der gesamten Laserleistung – 60 W) Klärung der Laser-Oberflächenwirkung im nächsten Schritt Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Gependelte Lasereinstrahlung Lasereinstrahlung auf die gekühlte Kupferplatte Contact Leibniz Institute for Plasma Science and Technology Address: Felix-Hausdorff-Str. 2, 17489 Greifswald Phone: +49 - 3834 - 554 300, Fax: +49 - 3834 - 554 301 E-Mail: [email protected], Web: www.inp-greifswald.de Tomographie Modellfunktionansatz: 10 freie Parameter für ein 2D-Modell Anpassung an die gemessenen Side-On Projektionen 43º 66º 104º Ergebnis für eine Ebene 4 mm über Anode