Maestría en Física

Permanent URI for this collection

https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/8935

Browse

Now showing 1 - 14 of 14

Análisis espectral de una descarga híbrida y modificación superficial de aceros 1010, 1020 y 1045
(Universidad Industrial de Santander, 2013) Parada Becerra, Fredy Fabian; Dugar-Zhabon, Valeriy Dondokovich; Cabanzo Hernández, Rafael
El reactor MOSMET (Modificador de Superficies Metálicas) es el resultado del desarrolló de una nueva tecnología en el tratamiento de superficies sólidas, especialmente aceros, los cuáles son sometidos a descargas combinadas de arco eléctrico y de alto voltaje a bajas presiones. Esta nueva tecnología está basada en el sistema de alto voltaje del equipo JUPITER (Joint Universal Plasma and ión Technologies Experimental Reactor) y un nuevo sistema de evaporización de metales mediante la generación de una descarga de arco eléctrico. Se describe el sistema experimental para la producción artificial de estructuras nanolaminadas a través del evaporador de arco eléctrico mediante la circulación de manchas catódicas sobre la superficie del cátodo que son controladas magnéticamente. Se discuten las principales características del arco eléctrico en vacío como una fuente de vapor metálico de composición modulada en el tiempo y se presentan algunas carácterísticas de los recubrimientos de múltiples capas obtenidos para el caso de estructuras de Ti/TiB. Por primera vez se hace una observación del espectro óptico emitido por una descarga híbrida (arco eléctrico y alto voltaje a bajas presiones) en el reactor MOSMET en una atmosfera controlada de titanio, el estudio realizado muestra que para medidas realizadas al interior de la cámara de descargas se obtiene una temperatura del orden de T = 7127 + / — 200k. Por otra parte, el estudio realizado a través de la ventana de zafiro (medida al exterior de la cámara) muestra que la temperatura generada es del orden de T = 7574 + / — 200k.
Caracterización del acero aisi 4140 implantando con iones de nitrógeno
(Universidad Industrial de Santander, 2007) Valbuena Nino, Ely Dannier; Dugar-Zhabon, Valeriy Dondokovich
La implantación iónica tridimensional (3DII), es una técnica de tratamiento superficial avanzado, la cual es realizada en el dispositivo JUPITER (Joint Universal Plasma and Ion Technologies Experimental Reactor) mediante una descarga pulsada de alto voltaje a bajas presiones. El presente trabajo busca mediante la caracterización superficial de las muestras por ensayos potencio-dinámicos un nuevo método de caracterización superficial en materiales metálicos. El estudio es realizado a muestras de acero AISI 4140 sin implantar e implantadas que se encuentran a diferentes rugosidades. El tratamiento superficial de las muestras se llevó a cabo mediante la implantación de nitrógeno con energías de 20 y , y una dosis implantada que se encuentra en el orden de los 30 keV 17 10 2 iones cm . Los ensayos potencio-dinámicos se efectúan en soluciones de cloruro de sodio a 1M con electrodo de referencia de plata / cloruro de plata (Ag/ AgCl) .
Caracterización espectroscópica de un plasma
(Universidad Industrial de Santander, 2007) Bautista Mendoza, Carlos Omar; Dugar-Zhabon, Valeriy Dondokovich
La investigación básica, así como las aplicaciones prácticas en las que interviene el plasma, ponen de manifiesto la importancia de conocer los valores de los parámetros macroscópicos que caracterizan las descargas gaseosas. Estos parámetros están directamente relacionados con la cinética del plasma, razón por la cual su conocimiento es esencial para hacer que las aplicaciones a nivel industrial (tratamiento de superficies, análisis químico, creación de nuevos materiales, tratamiento de residuos, etc.) Es necesario anotar que búsqueda de los parámetros se haga de tal forma que su rendimiento y eficiencia sea óptima. La espectroscopia de emisión es una herramienta de gran potencia y versatilidad en el diagnostico de plasmas; su estudio nos permite conocer mas a fondo su composición química, lo mismo que su temperatura y su densidad tanto iónica como electrónica. El estudio de las técnicas espectroscópicas utilizadas en dicho diagnostico nos ayudaran a encontrar las temperaturas iónica, electrónica y vibracional del plasma. Una de las partes mas importantes del presente trabajo es identificar las especies activas en el plasma generado dentro del dispositivo JUPITER (Joint Universal Plasma and Ion Technologies Experimental Reactor) y para ello la espectroscopia es un método excelente de diagnostico ya que es no perturbativo. La mayor parte de la información que se desea obtener está contenida en la luz que él emite. Así, de la anchura y de los desplazamientos de las líneas espectrales emitidas se puede extraer información acerca de algunos parámetros característicos del plasma.
Estudio de la implantacion ionica tridimensional (3dii) en descargas a baja presion como proteccion de aceros a la permeacion de hidrogeno
(Universidad Industrial de Santander, 2004) Silva Plata, Miguel Angel; Castro Blanco, Jaime; Dugar-Zhabon, Valeriy Dondokovich
La permeación de hidrógeno en un acero AISI SAE 1010 implantado con nitrógeno mediante la técnica 3DII, se investigo. Utilizando una descarga pulsada de alto voltaje, encendida en la rama izquierda de la curva de Paschen, técnica 3DII, se implantaron iones de nitrógeno en láminas de acero, AISI SAE 1010, con energías de 10, 20 y 30 KeV y espesores de implantación de 127, 230, y 320 Å respectivamente. La dosis fue de 1.271017 N+ /cm2 para cada una de las muestras. Las láminas de acero implantadas se sometieron a pruebas de permeación electroquímica para establecer su comportamiento como barrera o como catalizador a la entrada y salida de hidrógeno. Se obtuvo una razón crítica, entre el espesor de la zona implantada y el espesor de la muestra βC, para el cual la permeabilidad de hidrógeno en estado estacionario es igual tanto para el sustrato como para el acero implantado. Conocido el valor de βC para el acero implantado es posible diseñar tratamientos superficiales con espesores de implantación que impidan la entrada o salida de nitrógeno a la muestra.
Estudio de las características voltio-ampericas y peculiaridades de funcionamiento de un vaporizador de arco en vacío
(Universidad Industrial de Santander, 2013) Jaimes Ochoa, Carlos Javier; Dugar-Zhabon, Valeriy Dondokovich
Hoy en día, en la ciencia de materiales, con la ayuda de métodos tradicionales de protección de metales, se busca implementar técnicas alternativas y diseñar nuevos equipos de tecnología avanzada para el tratamiento de materiales. Una de estas alternativas es el tratamiento de metales por iones de descargas eléctricas. En el Laboratorio de Física del Plasma de la Universidad Industrial de Santander por medio del proyecto MOSMET se desarrolla una nueva técnica del tratamiento físico para la modificación de superficies en sólidos, que consiste en el tratamiento simultáneo de la superficie por flujos producidos por la descarga de arco eléctrico y la descarga de alto voltaje a bajas presiones. Esta tecnología está basada en el reactor llamado MOSMET (Modificación Superficial de Metales) que es el equipo JUPITER modificado para tener posibilidad de hacer deposición e implantación no sólo de materiales gaseosos, sino también de vapores metálicos y sistemas tipo TiN, TiB, TiAl. Además se estudia un vaporizador de arco con el cátodo de titanio y se muestra que a pesar de que el vaporizador se alimenta por un voltaje constante la descarga de arco se enciende en un régimen de cortos pulsos de corriente que se relaciona con formación de grupos de manchas brillantes calentadas en la superficie catódica. La rapidez de deposición de titanio se encuentra en un rango de 2-10 nm/sec en dependencia de la corriente de arco. Se muestra que las películas TiN sobre las muestras de acero SAE 1020 aumenta significativamente la dureza superficial del acero. Fue encontrado que la dureza de películas de nitruro de titanio depende es una función de la presión del gas de nitrógeno y la dureza máxima se garantiza para las película TiN producidos bajo una presión de nitrógeno de 0.6 Pa.
Evaluación del desempeño de superficies en acero al carbono implantadas con iones de titanio y nitrógeno frente a bacterias sulfato reductoras
(Universidad Industrial de Santander, 2016) Garnica Villamizar, Hernan Alfonso; Dugar-Zhabon, Valeriy Dondokovich
El reactor MOSMET (Modificación de Superficies Metálicas) es la implementación de una nueva tecnología para el tratamiento de superficies sólidas, especialmente aceros, mediante descargas combinadas de arco eléctrico y de alto voltaje a bajas presiones. El reactor MOSMET es la adaptación de un nuevo sistema de evaporización de metales por arco eléctrico en el equipo JUPITER (Joint Universal Plasma and Ion Technologies Experimental Reactor). La técnica e modificación superficial implementada en en el reactor MOSMET, se aplica para la protección de aceros AISI SAE 1020, 1045 ante procesos de corrosión influenciado micro biológicamente. Los sustratos de acero (cupones) son implantadas con iones de titanio y nitrogeno para después ser expuestas a un medio de cepas de bacteria sulfato reductoras (BSR) que son muy comunes en la industria de hidrocarburos y son potencialmente dañinas para las estructuras que están en contacto con crudo y algunos de sus derivados. En la presente investigación se realiza una metodología para evaluar el desempeño de aceros al carbono AISI SAE 1020 Y 1045, implantados con iones de titanio y nitrógeno , expuestos al ataque de bacterias sulfato reductoras (BSR), donde se evidencia que el proceso de modificación superficial disminuye el deterioro de la superficie del sustrato metálico frente a la acción de los microorganismos.
Modelo particula malla para un plasma-haz electronico
(Universidad Industrial de Santander, 2005) Gonzalez Alvarez, Herling; Dugar-Zhabon, Valeriy Dondokovich
En este trabajo se simula la dinámica de un plasma frío acolisional en aproximación Electrostática cuya discretización toma los iones como un fondo neutralizante de carga para electrones móviles. En la mayoría de los tratamientos básicos de la física del plasma, el movimiento de las partículas cargadas en campos electromagnéticos se considera de manera incompleta, pues los efectos de los campos internos producidos por el desplazamiento colectivo de los electrones en el plasma no surge de forma explicita en las ecuaciones de movimiento. El campo eléctrico está gobernado simultáneamente por dos sistemas de ecuaciones: 1) las ecuaciones electrostáticas que se originan en los campos eléctricos de la distribución de cargas y 2) de la ecuación general que determina las posiciones y movimientos de las cargas en presencia de los auto-campos. La discretización utiliza el método Partícula Malla (PIC Particle-In-Cell), cuyas etapas se pueden resumir así: asignación inicial de carga en la malla con un método de interpolación de primer orden (CIC Cloud-In-Cell); solución de la ecuación de Poisson con un esquema espectral de Fourier; solución de las ecuaciones de movimiento e interpolación de fuerza con el mismo esquema de interpolación asignado a las cargas. El experimento computacional está enfocado hacia la simulación de ondas electrostáticas en un plasma de tipo Langmuir y de esta manera observar sus inestabilidades. También se analiza la estabilidad del método Partícula-Malla para diferentes parámetros como: tamaño del paso de malla, paso temporal, longitud del plasma, número de partículas de tamaño-finito (partículas en la simulación) por longitud de Debye.
Simulación auto consistente de la aceleración ciclotrónica de un haz de electrones en un campo magnético homogéneo con una onda viajera modo circular te11
(Universidad Industrial de Santander, 2016) Gutierrez Amaya, Henry; Dugar-Zhabon, Valeriy Dondokovich; Orozco Ospino, Eduardo Alberto
Se estudia la aceleración de un haz de electrones interactuantes en una guía de ondas cilíndrica de sección transversal circular por una onda electromagnética en modo TE11. Paralelo al eje de la guía se establece un campo magnético constante de tal modo que los electrones describen trayectorias helicoidales mientras son acelerados por un mecanismo de autoresonancia ciclotrónica tomando en consideración el corrimiento Doppler de la frecuencia de la onda electromagnética percibida por los electrones a medida que incrementan su velocidad longitudinal. En estas condiciones la variación Doppler de la frecuencia compensa el efecto del incremento de la masa electrónica al factor de Lorentz. De tal manera se conserva la resonancia ciclotrónica a lo largo de la trayectoria del electrón en la guía de onda pero la igualdad entre las frecuencias de onda y de la rotación ciclotrónica electrónica en un haz de electrones puede ser afectada por los campos electromagnéticos autoconsistentes asociado al mismo haz. En este trabajo se estudia la influencia de dichos campos autoconsistentes sobre las condiciones de autoresonancia ciclotrónica al movimiento de un haz de baja densidad en una onda electromagnética del modo TE11. Para el estudio, los campos eléctricos y magnéticos autoconsistentes se calculan mediante resolución numérica de las ecuaciones de Maxwell aplicando el algoritmo Yee-FDTD. Posteriormente se buscan los campos en las posiciones de los electrones mediante el método Particle-In-Cell (PIC). El movimiento de los electrones se analiza mediante la resolución numérica de la ecuación de Newton-Lorentz aplicando el esquema de Boris y usando el método de leap-frog. Se realizan simulaciones para aproximación de haz no interactuante o partícula simple. Luego se simula la dinámica del haz teniendo en cuenta el campo autoconsistente. Al contrastar los resultados obtenidos en ambas situaciones se evidencia el efecto que tiene el campo autoconsistente en la dinámica del haz.
Simulación autoconsistente del calentamiento de un plasma en una trampa magnética mínimo-b utilizando el método particle-in-cell electromagnético
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Estupiñan Lopez, Alex Francisco; Orozco Ospino, Eduardo Alberto; Dugar-Zhabon, Valeriy Dondokovich
Las fuentes de iones de resonancia ciclotrónica electrónica (por sus siglas en inglés, ECRIS), son dispositivos mayormente diseñados para generar haces de iones altamente cargados. En estos sistemas, una trampa magnética mínimoB está formada por la superposición de un campo magnético axial producido por un par de bobinas de corriente y un campo magnético radial formado por un sistema hexapolar se aprovecha para el confinamiento de plasma. En este trabajo el plasma es calentado en una cavidad excitada por un modo T E111 y por una frecuencia de inyección dada por 2,45 GHz es estudiada numéricamente en condiciones de resonancia ciclotrónica electrónica. La interacción de partículas de plasma de hidrógeno con el campo de microondas se simula a través de un código relativista 3D Particle-In-Cell (PIC) desarrollado por nosotros. El campo magnetostático se calcula utilizando la ley Biot-Savart. La evolución del campo electromagnético autoconsistente se determina a través del método de Yee. La densidad de la corriente de plasma se calcula comenzando con las posiciones de las partículas y sus velocidades mediante un método de carga conservativa propuesto por T. Umeda. Las nuevas posiciones y velocidades de las partículas, son calculadas resolviendo la ecuación relativista de Newton-Lorentz, usando el método de Boris. Presentamos la distribución espacial de los electrones y su espectro energético después de 96 ns de cálculo en un plasma homogéneo de densidad igual a 2 × 1010 cm−3 y una distribución maxwelliana para las velocidades, con una temperatura inicial de 5,44 × 10−4 eV . La simulación muestra que la población de electrones puede dividirse en tres grupos: fríos (con una energía menor que 1 keV ), calientes (con un rango de energía entre 1 − 10 keV ) y supercalientes (con una energía superior a los 10 keV ).
Simulacion de aceleracion auto-resonante de un electron por la onda te113 de 2.45 ghz
(Universidad Industrial de Santander, 2005) Martinez Amariz, Alejandro David; Dugar-Zhabon, Valeriy Dondokovich
El fenómeno de auto-resonancia consiste en conservar las condiciones de resonancia entre el movimiento ciclotrónico del electrón y una onda electromagnética a pesar del cambio relativista de la masa del electrón. Para mantener la condición resonante en un plasma que se destruye por aumento de la masa relativista, Golovanivsky propuso aumentar con cierta velocidad el campo magnético en el tiempo. El demostró que la resonancia puede sostenerse automáticamente, lo cual resulta en un crecimiento de la energía hasta valores cuando el frenado por radiación sincrotrónica la impide. Sin embargo, en investigaciones recientes realizadas en el Laboratorio de Fsica del Plasma de la UIS se obtuvieron resultados numéricos que evidencian la posibilidad de realizar este tipo de aceleración pero variando el campo magnético no en el tiempo sino en el espacio. Este fenómeno que el Dr Dougar Jabon denominó auto-resonancia espacial, se observa en campos magnéticos fuertemente no homogéneos y segun´ los datos obtenidos la aceleración en ciertas condiciones debe ser muy estable. Por lo menos en distancias del orden de 5 cm, los electrones se aceleran hasta 500 keV por un campo de microondas de amplitud de 0.5 kV/cm. En este trabajo pionero Se muestran primeros resultados de un estudio numérico de automantenimiento de las condiciones de resonancia ciclotrónica electrónica en un campo magnético estacionario de configuración específica. Las simulaciones de dinámica de los electrones se basan en la ecuación de Newton-Lorentz relativista mostrarán que es posible acelerar electrones hasta energías de centenas de kilo-electón-voltios por una onda transversal electromagnética de 2,45 GHz de tensión del orden de 100 V/cm en un campo magnético que se aumenta en el espacio desde 0,085 T hasta 0,12 T.
Simulacion de implantacion de nitrogeno en hierro policristalino por el metodo de dinamica molecular
(Universidad Industrial de Santander, 2005) Torres Amaris, Edmanuel Eduardo; Dugar-Zhabon, Valeriy Dondokovich
La distribución final de iones implantados es una característica muy importante en el tratamiento superficial de materiales. Cuando iones con igual energía entran en un material y atraviesan algunas capas atómicas, son dispersados por los electrones y los nucleos ´ de los atomos ´ del metal; de manera que después de algun´ tiempo tendrán esencialmente distintas energías y trayectorias. Debido a la imposibilidad que hay en determinar la trayectoria de estos iones ya sea por métodos analíticos o experimentales, los experimentos numéricos han dado la unica ´ posibilidad de obtener esta información. En simulación de implantación de iones hay un buen numero ´ de técnicas que pueden ser empleadas, tales como: el método Monte Carlo, Partícula-Malla, Dinámica Molecular entre otros. En este trabajo, se optó por la técnica de Dinámica Molecular para simular el movimiento de los iones implantados para estudiar el proceso de la penetración de los iones en el material. Dentro de los resultados, se encontró la dependencia de la distribución con la estructura del blanco, la distribución de iones en un policristal de Hierro difiere de la distribución obtenida para el caso de un monocristal de Hierro. Se encontró que el patrón de distribución obtenido para un blanco de Hierro policristalino está de acorde con los perfiles de iones implantados experimentales obtenidos en muestra de Acero SAE1020 en el dispositivo de implantación JUPITER.
Simulación de la formación de un haz iónico mediante extracción a partir de un plasma magnéticamente confinado
(Universidad Industrial de Santander, 2008) Rizzo Sierra, José Amílcar; Dugar-Zhabon, Valeriy Dondokovich
Se simula la formación de un haz ¡iónico extraído a partir de un plasma de resonancia ciclotrónicaelectrónica (RCE) en confinación magnética. La primera etapa del trabajo consiste en calcular elcampo electrostático formado por un sistema de extracción compuesto por tres electrodos consimetría cilíndrica hueca y su respectiva cavidad apantalladora. Para ello se desarrolla un algoritmoen diferencias finitas que resuelve la ecuación de Laplace en el volumen de propagación de losiones extraídos y permite estudiar la dependencia de la geometría del campo electrostático enrelación con la configuración del sistema de extracción. La segunda etapa consiste en calcular loscampos eléctrico y magnético producidos por los propios ¡ones extraídos mediante la solución de laecuación de Poisson utilizando la técnica de la transformada rápida de Fourier (TRF), teniendocomo base un esquema de aproximación de orden superior con identidad de expansión (EAOSIE).Finalmente, se desarrolla un algoritmo basado en el esquema de Boris para calcular lastrayectorias de las partículas cargadas con el objeto de simular el movimiento de un haz de ¡onesen el campo formado por los electrodos y por el propio haz. Basándose en los resultadosobtenidos, se inicia la búsqueda de un sistema optimizado de extracción de ¡iones a partir de unafuente de ¡ones RCE de 14 GHz. Configuraciones preliminares del sistema de extracción sonobtenidas y mostradas.
Simulación de un haz de electrones en un sistema sara rectangular y Análisis del efecto del campo eléctrico auto consistente
(Universidad Industrial de Santander, 2013) Herrera Rodríguez, Ana Maria; Dugar-Zhabon, Valeriy Dondokovich; Orozco Ospino, Eduardo Alberto
Se estudia numéricamente la aceleración ciclotrónica autoresonante espacial de un haz de electrones por una onda electromagnética transversal estacionaria, con polarización lineal, en un modo rectangular TE¡02, en presencia de un campo magnético externo estático, con simetría axial y no homogéneo principalmente en dirección longitudinal. Mantener continuamente las condiciones de resonancia ciclotrónica a lo largo de todas las trayectorias de los electrones(autoresonancia espacial), pese al crecimiento de sus masas relativistas, requiere de un incremento apropiado del campo magnético en la dirección de propagación de los electrones. Este método de aceleración se denomina Aceleración por Autoresonancia Ciclotrónica Espacial SARA, cuyas siglas provienen del inglés Spatial AutoResonance Acceleration y ue propuesto por el profesor Valeriy D. Dugar-Zhabon, director del grupo de investigación de Física y Tecnología del Plasma y Corrosión(FITEK) de la Universidad Industrial de Santander (UIS). Los resultados de la tesis presente se dividen en dos partes, la primera corresponde al estudio de la aceleración SARA de un electrón mediante la solución numérica de la ecuación de Newton-Lorentz, donde el perfil de campo magnético se determina por prueba y error; en esta etapa también se comara la aceleración por una onda electromagnética T'Ejpg2 con una T'E,¡2, en un modo rectangular y cilíndrico respectivamente, polarizados linealmente. La comparación se realiza con el propósito de establecer similitudes y diferencias entre los dos casos, así como para evidenciar que el mecanismo SARA se puede llevar a cabo con otros tipos de geometrías. En la segunda parte, se realiza una simulación auto consistente de un haz de electrones a través de un código computacional particle in cell (PIC) electromagnético, donde los campos electromagnéticos se obtienen al resolver las ecuaciones de Maxwell por el método de diferencias finitas dominio temporales, DFDT. Los resultados se comparan con los obtenidos de la simulación en aproximación de partícula simple, analizando principalmente el efecto del campo eléctrico auto consistente del haz. En esta parte se utiliza un esquema de inyección de microondas, el cual produce un modo transversal electromagnético rectangular T'E,02, donde se acopla una guía de onda rectangular y una cavidad resonante rectangular con la misma sección transversal a través de un iris.
Simulación de un plasma rce en una trampa tipo espejo mediante el método partícula en celda
(Universidad Industrial de Santander, 2008) Murillo Acevedo, Mao Tsetung; Dugar-Zhabon, Valeriy Dondokovich
Se elabora un algoritmo para simular un plasma en condiciones de resonancia ciclotrónica electrónica (RCE), confinado mediante una trampa magnética tipo espejo. La simulación es llevada a cabo por medio del método partícula-en-celda, recurriendo al esquema de integración de Boris, usando la técnica de leap-frog. Se plantean tres sistemas a estudiar; los dos primero son calentados por microondas de 2.45 GHz, y se diferencian por la forma de su superficie RCE, en el primer caso ésta corresponde a un hiperboloide de una hoja y en el segundo a un hiperboloide de dos hojas. En el tercer sistema la frecuencia se aumenta hasta 14.4 GHz y la superficie RCE es un hiperboloide de una hoja. Para validar la calidad de la simulación en el caso de los dos primeros sistemas se puede confrontar los resultados con un plasma real pues se conocen datos experimentales. Durante este proceso se descubre como cambia la evolución del plasma de acuerdo a las diferentes variables de entrada y se busca un balance entre precisión física y costo computacional. Posteriormente se logra reproducir varios resultados semejantes a los vistos en laboratorios, así como obtener nueva y diversa información para el diagnóstico satisfactorio del estado de un plasma. Finalmente se comenta las ventajas de la configuración de 14.4 GHz frente a la de 2.45GHz.

Browse

Browsing Maestría en Física by browse.metadata.advisor "Dugar-Zhabon, Valeriy Dondokovich"

Results Per Page

Sort Options