Η παρούσα διπλωματική εργασία χωρίζεται σε έξι κεφάλαια, καθένα από τα οποία περιγράφεται παρακάτω. Στο πρώτο κεφάλαιο , που ονομάζεται "Θεωρία του laser", περιγράφονται οι γενικές αρχές λειτουργίας του laser. Επιπλέον αναφέρονται τα κύρια μέρη του καθώς και οι τρόποι δημιουργίας του φαινομένου laser. Ενώ τέλος γίνεται αναφορά στα χαρακτηριστικά της δέσμης laser. Στο δεύτερο κεφάλαιο, "Θεωρία του πλάσματος", γίνεται λόγος για τον τρόπο δημιουργίας του πλάσματος, τις εφαρμογές του και μελετόντε κάποια ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του. Το τρίτο κεφάλαιο αναφέρεται στα excimer laser, την λειτουργία τους και τις ιδιαιτερότητές τους συγκρινόμενα με άλλους τύπους laser. Επιπλέον δίνεται μεγαλύτερη έμφαση στο laser XeCl όπου μελετάται το μόριο του XeCl* καθώς και ο τρόπος δημιουργίας του. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται εκτενής αναφορά σε ένα απλοποιημένο θεωρητικό μοντέλο το οποίο δημιουργήθηκε για μελέτη της προσομοίωσης μιας εκκένωσης που πραγματοποιείται μέσα στο ενεργό μέσο προκειμένου να γίνει η αντιστροφή πληθυσμού. Αυτό το θεωρτικό μοντέλο περιλαμβάνει το ηλεκτρικό κύκλωμα που παρέχει ενέργεια στο ενεργό μέσο και στην συνέχεια γίνεται ανάλυση της συμπεριφοράς της εκκένωσης ώστε να επιλυθούν οι εξισώσεις συνέχειας. Στο πέμπτο κεφάλαιο, που ονομάζεται "Αριθμητικό μοντέλο" παρουσιάζονται οι μαθηματικές διεργασίες που χρησιμοποιήθηκαν με στόχο να επιλυθεί το θεωρητικό μοντέλο το οποίο αναπτύχθηκε στο κεφάλαιο τέσσερα. Τέλος στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αριθμητικά αποτελέσματα που είναι προϊόν της επίλυσης του αριθμητικού μοντέλου του πέμπτου κεφαλαίου. Επίσης γίνεται σχολιασμών αυτών των αποτελεσμάτων και σύγκρισή τους με αναμενόμενα ή πειραματικά άλλων μελετών. / -

Διηλεκτρικά υγρά (έλαια) χρησιμοποιούνται ευρέως για τη μόνωση κύριων τμημάτων του εξοπλισμού υψηλών τάσεων. Ειδικά τα φυτικά έλαια εμφανίζουν αυξανόμενο ενδιαφέρον έναντι των ορυκτών ελαίων, λόγω των ιδιαίτερων φυσικοχημικών χαρακτηριστικών τους (π.χ. υψηλότερη διηλεκτρική αντοχή, βιοδιάσπαση κτλ). Στην παρούσα διπλωματική εργασία, πραγματοποιήθηκε μελέτη ηλεκτρικών φαινομένων και φαινομένων οπτικής εκπομπής κατά τη διάρκεια καταπόνησης φυτικού ελαίου FR3TM σε ανομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκε διαμόρφωση ηλεκτροδίων ακίδας-πλάκας (1 cm και 2 cm) και εφαρμόστηκε τυποποιημένη διακοπτική κρουστική υψηλή τάση. Μεταξύ άλλων, εξήχθησαν συμπεράσματα σχετικά με τη φάση προεκκένωσης εντός του ελαίου υποβαλλόμενου σε αυτό το ανομοιογενές πεδίο. Αυτά εμφανίζουν πρακτικό ενδιαφέρον αφού στον εξοπλισμό υψηλών τάσεων τα διάκενα είναι ομοιόμορφα σε λίγες μόνο περιπτώσεις. Η όλη πειραματική εργασία εκτελέσθηκε στο Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. / Dielectric liquids (oils) are widely used for the insulation of main parts of high voltage equipment. Especially, vegetable oils have increasing interest compared to mineral oils, due to their particular physicochemical features (e.g. higher dielectric strength, biodegradability etc). In the present diploma thesis, a study of electrical and optical emission effects was realized during the stressing of vegetable oil FR3TM in an inhomogeneous electric field. More specific, point-to-plane electrode configuration was used (1 cm and 2 cm) and standard switching high voltage was applied. Among other results, conclusions related to the pre-breakdown phase in the oil subjected to this inhomogeneous field were figured out. These conclusions have interest from the practical point of view since in the high voltage equipment the gaps are uniform in a few cases only. The experimental work as a unit was carried out in the High Voltage Laboratory of the Electrical and Computer Engineering Department of the Engineer Faculty of the University of Patras.

Σε ένα διάκενο που αποτελείται από ένα ηλεκτρόδιο υψηλής τάσεως πλαισιωμένο από έναν αριθμό γειωμένων αγωγών, η κατάληξη μίας εκκένωσης σε ένα συγκεκριμένο σημείο έχει μια στοχαστική εξάρτηση από τη γενική διαμόρφωση του ηλεκτρικού πεδίου που επικρατεί στο διάκενο. Η λέξη «στοχαστική» έχει την έννοια ότι πρακτικά οποιοδήποτε γειωμένο σημείο μέσα στο διάκενο κατέχει μία πιθανότητα να δεχθεί την εκκένωση, αλλά αυτή η πιθανότητα μπορεί να είναι διαφορετική για τα διάφορα σημεία. Επιπλέον, αν το διάκενο αποτελείται από περισσότερα από ένα διηλεκτρικά, το σημείο κατάληξης της εκκένωσης, όπως και οι παράμετροι της διάσπασης, επηρεάζονται από την παρουσία και τα ηλεκτρικά και γεωμετρικά χαρακτηριστικά των διηλεκτρικών αυτών. Σε ένα απλό διάκενο ακίδας-πλάκας με αέρα, τα σημεία κατάληξης όλων των εκκενώσεων είναι συγκεντρωμένα γύρω από το ίχνος του άξονα της ακίδας, που είναι η θέση της μέγιστης πιθανότητας. Η πιθανότητα μία εκκένωση να καταλήξει σε μία συγκεκριμένη θέση του επιπέδου, διαφορετική από τον άξονα της εκκένωσης, μειώνεται όσο μεγαλώνει η απόσταση της θέσης αυτής από τον άξονα. Αν ένας γειωμένος αγωγός εισαχθεί στο διάκενο, όπως για παράδειγμα ένας ή περισσότεροι γειωμένοι αγωγοί παράλληλα στο επίπεδο (σχήμα 1), η πιθανότητα μία εκκένωση να καταλήξει, είτε στα σύρματα είτε στο επίπεδο, εξαρτάται από τη συγκεκριμένη θέση των συρμάτων. Αν το διάκενο, εκτός από αέρα, αποτελείται και από ένα άλλο διηλεκτρικό υλικό (π.χ. τσιμέντο με πάχος d3), τα σημεία κατάληξης της εκκένωσης, καθώς και η τάση διάσπασης, εξαρτώνται εξίσου από τις διαστάσεις, την διαμόρφωση του μέρους του διακένου που καταλαμβάνει το συγκεκριμένο διηλεκτρικό και τα διηλεκτρικά του χαρακτηριστικά. Σε ένα διάκενο που αποτελείται από ένα ηλεκτρόδιο υψηλής τάσεως πλαισιωμένο από έναν αριθμό γειωμένων αγωγών, η κατάληξη μίας εκκένωσης σε ένα συγκεκριμένο σημείο έχει μια στοχαστική εξάρτηση από τη γενική διαμόρφωση του ηλεκτρικού πεδίου που επικρατεί στο διάκενο. Η λέξη «στοχαστική» έχει την έννοια ότι πρακτικά οποιοδήποτε γειωμένο σημείο μέσα στο διάκενο κατέχει μία πιθανότητα να δεχθεί την εκκένωση, αλλά αυτή η πιθανότητα μπορεί να είναι διαφορετική για τα διάφορα σημεία. Επιπλέον, αν το διάκενο αποτελείται από περισσότερα από ένα διηλεκτρικά, το σημείο κατάληξης της εκκένωσης, όπως και οι παράμετροι της διάσπασης, επηρεάζονται από την παρουσία και τα ηλεκτρικά και γεωμετρικά χαρακτηριστικά των διηλεκτρικών αυτών. Σε ένα απλό διάκενο ακίδας-πλάκας με αέρα, τα σημεία κατάληξης όλων των εκκενώσεων είναι συγκεντρωμένα γύρω από το ίχνος του άξονα της ακίδας, που είναι η θέση της μέγιστης πιθανότητας. Η πιθανότητα μία εκκένωση να καταλήξει σε μία συγκεκριμένη θέση του επιπέδου, διαφορετική από τον άξονα της εκκένωσης, μειώνεται όσο μεγαλώνει η απόσταση της θέσης αυτής από τον άξονα. Αν ένας γειωμένος αγωγός εισαχθεί στο διάκενο, όπως για παράδειγμα ένας ή περισσότεροι γειωμένοι αγωγοί παράλληλα στο επίπεδο (σχήμα 1), η πιθανότητα μία εκκένωση να καταλήξει, είτε στα σύρματα είτε στο επίπεδο, εξαρτάται από τη συγκεκριμένη θέση των συρμάτων. Αν το διάκενο, εκτός από αέρα, αποτελείται και από ένα άλλο διηλεκτρικό υλικό (π.χ. τσιμέντο με πάχος d3), τα σημεία κατάληξης της εκκένωσης, καθώς και η τάση διάσπασης, εξαρτώνται εξίσου από τις διαστάσεις, την διαμόρφωση του μέρους του διακένου που καταλαμβάνει το συγκεκριμένο διηλεκτρικό και τα διηλεκτρικά του χαρακτηριστικά. / In a gap that is constituted by a electrode of high tendency a framed from a number of gejwme'nwn conductors, the conclusion of evacuation in concrete point has a meditative dependence from the general configuration of electric field that prevails in the gap. The word "meditative " has the significance that practically anyone gejwme'no point in in the gap possesses a probability to accept the evacuation, but this probability it can be different for the various points. Moreover, if the gap is constituted from more from the one dielectric, point of conclusion of evacuation, as the parameters of split, are influenced by the presence and electric and gewmetrjka' characteristically the dielectric these. In a simple gap of spike-plate with air, the points of conclusion of all evacuations are assembled round the trace of axis of spike, that is the place of biggest probability. The probability a evacuation it leads to a concrete place of level, different from the axis of evacuation, is decreased as long as grows the distance of this place from the axis. If a gejwme'nos driver is imported in the gap, as for example one or more gejwme'noj drivers at the same time in the level (form 1), the probability a evacuation it leads, or to the wires or to the level, it depends from the particular place of wires. If the gap, apart from air, is also constituted by a other dielectric material (eg cement with thickness d3), the points of conclusion of evacuation, as well as the tendency of split, they depend equally from dimensions, the configuration of part of gap that occupies concrete dielectric and dielectric characteristically. In a gap that is constituted by a electrode of high tendency a framed from a number of gejwme'nwn conductors, the conclusion of evacuation in concrete point has a meditative dependence from the general configuration of electric field that prevails in the gap. The word "meditative " has the significance that practically anyone gejwme'no point in in the gap possesses a probability to accept the evacuation, but this probability it can be different for the various points. Moreover, if the gap is constituted from more from the one dielectric, point of conclusion of evacuation, as the parameters of split, are influenced by the presence and electric and gewmetrjka' characteristically the dielectric these. In a simple gap of spike-plate with air, the points of conclusion of all evacuations are assembled round the trace of axis of spike, that is the place of biggest probability. The probability a evacuation it leads to a concrete place of level, different from the axis of evacuation, is decreased as long as grows the distance of this place from the axis. If a gejwme'nos driver is imported in the gap, as for example one or more gejwme'noj drivers at the same time in the level (form 1), the probability a evacuation it leads, or to the wires or to the level, it depends from the particular place of wires. If the gap, apart from air, is also constituted by a other dielectric material (eg cement with thickness d3), the points of conclusion of evacuation, as well as the tendency of split, they depend equally from dimensions, the configuration of part of gap that occupies concrete dielectric and dielectric characteristically.

Η εργασία ξεκινά με την θεμελίωση βασικών εννοιών των εκκενώσεων και στη συνέχεια παρατίθενται οι κυριότερες ηλεκτρικές εκκενώσεις σε αέριο διάκενο. Ακολουθεί μια ιστορική αναδρομή του ηλεκτρικού ανέμου και μια εκτενής βιβλιογραφία πάνω στο θέμα αυτό καθώς και πρόσφατες εργασίες. Το θέμα της διπλωματικής εργασίας ήταν να παρουσιάσει μια δισδιάστατη μελέτη των ηλεκτρικών εκκενώσεων σε διάκενα με την χρήση υδροδυναμικών εξισώσεων, δίνοντας έμφαση α)στην δισδιάστατη εξομοίωση της «γένεσης» του streamer (κύμα ιονισμού) και της διάδοσής του σε διάκενο και β)την εξομοίωση του ηλεκτρικού ανέμου. Αναπτύχθηκαν δυο μοντέλα, ένα για τον streamer (μοντέλο Α) και ένα για τον ηλεκτρικό άνεμο (μοντέλο Β). Παρατίθενται αποτελέσματα και συμπεράσματα πάνω στα χαρακτηριστικά του streamer (ταχύτητα, πεδίο κεφαλής, … ) και του ηλεκτρικού ανέμου (ταχύτητα) σε σχέση με πειραματικά και θεωρητικά αποτελέσματα. Στο μοντέλο Α έγιναν εξομοιώσεις για διαφορετικές αρχικές συνθήκες και οι τιμές της ταχύτητας διάδοσης του streamer που προέκυψαν συμφωνούν με την βιβλιογραφία. Με κάποιες παραδοχές οι οποίες απλοποιούν την μελέτη του ανέμου και δεν παρεκκλίνουν από την φυσική του φαινομένου καταφέραμε να αναπτύξουμε το μοντέλο Β υπολογίζοντας την ταχύτητά του που συμφωνεί με την βιβλιογραφία. Αξίζει να αναφερθεί ότι η διπλωματική εργασία ανέδειξε τις δυνατότητες και αλλά και τις αδυναμίες του FlexPDE στην επίλυση δύσκολων διαφορικών εξισώσεων. / -

Η παρούσα εργασία αναφέρεται στη μελέτη της ηλεκτρικής εκκένωσης τύπου κορώνας και ιδιαίτερα στα ηλεκτρικά και υδροδυναμικά (ηλεκτρικός άνεμος) φαινόμενα που τη συνοδεύουν. Μια εκκένωση κορώνας είναι το φαινόμενο που δημιουργείται σε ένα αέριο διάκενο μεταξύ δύο ηλεκτροδίων διαφορετικής ακτίνας καμπυλότητας, όταν αυτά βρίσκονται υπό την επίδραση διαφοράς δυναμικού μερικών kV. Η εκκένωση κορώνας συνοδεύεται από την εμφάνιση ηλεκτρικών, οπτικών, ακουστικών, χημικών, αεροδυναμικών (ηλεκτρικός άνεμος) και ραδιοηλεκτρικών φαινομένων. Ο ηλεκτρικός άνεμος είναι ένα φαινόμενο το οποίο δημιουργείται από τη μετάδοση της ορμής των ιόντων στα ουδέτερα μόρια του αερίου οπότε παρατηρείται μία κίνηση του αερίου από το ηλεκτρόδιο με μικρή ακτίνα καμπυλότητας, προς το άλλο ηλεκτρόδιο. Το κύριο αντικείμενο της εργασίας αυτής είναι η μελέτη του φαινομένου της θετικής κορώνας, μεταξύ μιας μη συμμετρικής διάταξης ηλεκτροδίων, στον ατμοσφαιρικό αέρα. Στην άνοδο τοποθετήθηκαν μια και δύο ακίδες της ίδιας ακτίνας καμπυλότητας ενώ χρησιμοποιήθηκαν τρεις διαφορετικές κάθοδοι. Οι πειραματικές μετρήσεις είχαν ως στόχο τον προσδιορισμό της χαρακτηριστικής του μέσου ρεύματος της εκκένωσης συναρτήσει της τάσης διακένου, των παλμών του ρεύματος για διάφορες τιμές της τάσης , τον προσδιορισμό της κατανομής και της χαρακτηριστικής της ταχύτητας του ηλεκτρικού ανέμου καθώς και της χαρακτηριστικής της θερμοκρασίας του ηλεκτρικού ανέμου. Πρέπει να αναφέρουμε ότι οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν για συνεχή και παλμική τάση λειτουργίας. / In this thesis, the effect of the positive corona discharge was studied. Especially, electric and hydrodynamic phenomena (corona wind) were studied. By the term “corona discharge”, one generally refers to the ensemble of phenomena which occur in a gaseous medium in the vicinity of conductors of small radius of curvature, subjected to intense, but not disruptive, electric fields. The main part of this thesis is experimental procedures that were held between a non-symmetrical set-up of electrodes in atmospheric air in order to, initially define the V-I characteristics and study the current impulses for different voltage values. Furthermore, we studied the velocity distribution and velocity characteristics of corona wind. In the last part of this work the temperature characteristics are present. It is important to mention that the experimental measurements were carried out on continuous and pulsed voltage.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την καταμέτρηση της κεραυνικής πυκνότητας στην ευρύτερη περιοχή Πατρών. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε από το Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός είναι η εκτίμηση των αριθμών των εκκενώσεων μεταξύ νέφους και γης ανά τετραγωνικό χιλιόμετρο και ανά έτος που έπληξαν την ευρύτερη περιοχή της Πάτρας χρησιμοποιώντας κατάλληλα συστήματα μετρητών. Αρχικά επεξηγείται το φαινόμενο του κεραυνού και τα φυσικά του χαρακτηριστικά. Αναλύονται επίσης οι λόγοι για τους οποίους είναι χρήσιμο να γνωρίζουμε τον αριθμό των κεραυνών που έπληξαν μία περιοχή. Στη συνέχεια ορίζεται ο όρος της κεραυνικής πυκνότητας και ποιά είναι η πρακτική του αξία. Παραθέτονται διάφοροι τρόποι με τους οποίους μπορούμε να την υπολογίσουμε θεωρητικά και να την συσχετίσουμε με τον αριθμό των ημερών καταιγίδας μιας περιοχής ανάλογα με τα τοπογραφικά της δεδομένα. Το επόμενο βήμα είναι η μελέτη των συστημάτων με τα οποία μπορεί να εκτιμηθεί πειραματικά ο αριθμός των κεραυνών που έπεσαν εντός κάποιας εμβέλειας. Αναφέρονται επίσης σύγχρονα συστήματα με τα οποία μπορούμε να κάνουμε απευθείας εκτίμηση της κεραυνικής πυκνότητας καθώς και να αντλήσουμε πληροφορία για την φύση των εκκενώσεων που πλήττουν μία περιοχή. Τέλος με χρήση ενός παγκόσμιας αποδοχής μετρητή κεραυνών (CIGRE 10 kHz) αναλύεται έρευνα η οποία εκπονήθηκε για την εκτίμηση της τιμής της κεραυνικής πυκνότητας στην ευρύτερη περιοχή Πατρών. Σχολιάζονται τα αποτελέσματα που προέκυψαν μετά από καταμέτρηση χρονικής περιόδου ενάμιση χρόνου, συγκρίνονται με παλαιότερες έρευνες που είχαν εκπονηθεί υπό την αιγίδα του Εργαστηρίου Υψηλών Τάσεων και γίνεται εξαγωγή συμπερασμάτων. Τα αποτελέσματα της έρευνας έδειξαν ότι η κεραυνική πυκνότητα στην ευρύτερη περιοχή Πατρών κυμαίνεται περί τους 7,9 κεραυνούς ανά τετραγωνικό χιλιόμετρο ανά έτος. Η τιμή αυτή δεν συμφωνεί με παλαιότερες έρευνες που είχαν δείξει ότι η κεραυνική πυκνότητα στην ευρύτερη περιοχή Πατρών κινείται μεταξύ 3 - 5 κεραυνών ανά τετραγωνικό χιλιόμετρο ανά έτος. Για να εκτιμηθεί αν η τιμή που υπολογίστηκε είναι ορθή, αλλά και για να εκτιμηθεί εκ νέου η κεραυνική πυκνότητα στην ευρύτερη περιοχή Πατρών, πρέπει να συνεχιστούν οι καταγραφές για αρκετά χρόνια ακόμα, έτσι ώστε να υπολογιστεί μία πιο σφαιρική εικόνα, καθώς δεν μπορούμε να βασιστούμε στα δεδομένα μόνο μιας μικρής περιόδου για την εξαγωγή γενικών συμπερασμάτων. / The following project deals with measuring the lightning flash density in the broader area of Patras. This project was carried out by the High Voltage Laboratory of the Department of Electrical and Computer Engineering in the University of Patras. This paper aims to estimate the number of cloud to ground lightning flash charges per square kilometer and per year hitting the broader area of Patras with the use of appropriate measuring systems. At the start an attempt to define and explain the nature of lightning is made. Then follows an analysis of the practical reasons why it helps to know the number of lightning strikes in an area. Next comes a definition of the term lightning density and its practical implications. A variety of methods, with which we can calculate it theoretically and associate it with the number of thunder days in an area in relation to the topographic data of the area, are cited. The next step is to study the systems with which the number of lightning charges striking within a specific range can be assessed. In addition, modern systems with which we can directly estimate lightning density as well as derive information about the nature of the charges an area receives. Finally, with the use of a worldwide accepted lightning flash counter (CIGRE 10 kHz), the research conducted to estimate the value of lightning flash density in the broader area of Patras is analyzed. The findings which resulted after measurements for a time span of eighteen months are presented and compared to earlier researches conducted under the auspices of High Voltage Laboratory and in the end some conclusions are presented. The findings of the research indicate that the lightning flash density in the broader area of the city comes up to 7,9 charges per km2 per year. This value is not in accordance with earlier researches showing that the lightning density in the broader area of Patras ranges from 3 to 5 charges per km2 per year. In order to assess the validity of the findings, as well as to reassess the lightning density in the broader area of Patras, more measurements must be recorded for more years to come so that a better, more rounded image can be presented before we safely come to conclusions.

Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας μελετήθηκε, σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε ένα σύστημα ελέγχου ενός φασματοσκοπίου εκπομπής υψηλής φασματικής ανάλυσης. Η συσκευή αυτή, γνωστή και ως μονοχρωμάτορας, χρησιμοποιήθηκε για την καταγραφή φασμάτων εκπομπής από μία εκκένωση αίγλης σε διάκενο ακίδα-πλάκα σε συνθήκες χαμηλής πίεσης και θερμοκρασίας. Ο μονοχρωμάτορας χρησιμοποιεί ένα διάφραγμα περίθλασης που αναλύει μια πολυχρωματική δέσμη που προσπίπτει σε αυτό, στα επιμέρους μήκη κύματος Ο έλεγχος του συνόλου των λειτουργιών του συστήματος καθώς και η καταγραφή των φασμάτων πραγματοποιείται με τη χρήση λογισμικού που αναπτύχθηκε υπό την πλατφόρμα Labview. Στα πλαίσια αυτής της εργασίας υλοποιήθηκε: Η σύνδεση της συσκευής οδήγησης του βηματικού κινητήρα που περιστρέφει το διάφραγμα με κατάλληλο τροφοδοτικό. Η ενίσχυση των σημάτων ελέγχου της συσκευής οδήγησης. Η ενίσχυση και καταγραφή του ρεύματος του φωτοπολλαπλασιαστή που καταγράφει τη φωτεινή δραστηριότητα. Η βαθμονόμηση του μονοχρωμάτορα. Η ανάπτυξη λογισμικού, φιλικού προς τον χρήστη, με το οποίο ελέγχεται ο μονοχρωμάτορας, καταγράφεται το φάσμα και αποθηκεύεται σε αρχείο για περαιτέρω επεξεργασία. Η συγκέντρωση του φωτός που εκπέμπεται από την εκκένωση και η οδήγησή του στην είσοδο του μονοχρωμάτορα με τη χρήση κατάλληλης οπτικής διάταξης. Η καταγραφή φασμάτων του παραγόμενου πλάσματος της εκκένωσης κατά μήκος του διακένου. Η μελέτη και ανάλυση των καταγεγραμμένων φασμάτων. / The main purpose of this thesis was to construct a control system for a high precision spectrometer. Using this spectrometer, also known as monochromator, spectra was recorded from a low temperature – low pressure, pin to plate, glow discharge. The monochromator uses a diffraction grating to separate spatially a polychromatic beam of light available at its input. The stepper motor control, along with the recording of spectra, is being conducted by suitable software developed under the Labview platform. Among the challenges of the thesis was to: Αssemble a stepper motor controller which rotates the diffraction grating with a suitable power supply. Αmplify the control signals of the controller. Αmplify the photomultiplier signals which records the luminous intensity. Calibrate the monochromator. Develop a user-friendly software which can control the monochromator, record spectra and export a file with the recorded spectra for further use. Concentrate the emitted light of the discharge and guide it to the monochromator's input slit, using a UV lens and an optical fiber. Capture emitted spectra of the produced plasma, at different positions along the pin to plate gap. Analyze the recorded spectra.

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενο την μελέτη της επίδρασης της μορφής της ανόδου στην παραγωγή εκκενώσεων τύπου αίγλης. Για τον σκοπό αυτό μελετώνται οι εκκενώσεις που παράγονται στο εσωτερικό ενός αντιδραστήρα παραγωγής ψυχρού πλάσματος, μεταξύ μιας μη συμμετρικής διάταξης ηλεκτροδίων (διάκενο ακίδας-πλάκας), ο οποίος βρίσκεται στο εργαστήριο Ηλεκτροτεχνικών Υλικών του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. Ειδικότερα, μελετώνται οι εκκενώσεις για τρεις διαφορετικούς τύπους ανόδου, κατασκευασμένες από διαφορετικό υλικό κάθε φορά, πραγματοποιώντας μια σειρά μετρήσεων από τις οποίες εξάγονται οι χαρακτηριστικές τάσης-ρεύματος για διάφορες τιμές της πίεσης εντός του αντιδραστήρα και για δύο διαφορετικές τιμές του μήκους του διακένου. Επιπρόσθετα, για τις παραπάνω συνθήκες, λαμβάνονται παλμοί ρεύματος και φωτός(με την βοήθεια ενός φωτοπολλαπλασιαστή) της εκκένωσης, οι οποίοι απεικονίζουν την φωτεινή δραστηριότητα κατά μήκος του διακένου. Από την επεξεργασία όλων των παραπάνω μετρήσεων, γίνεται προσπάθεια εξαγωγής συμπερασμάτων σχετικά με την επίδραση που δύναται να έχει η μορφή της ανόδου, στην παραγωγή μιας εκκένωσης αίγλης. Ειδικότερα: •Στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται μια σύντομη ιστορική αναφορά και αναφέρονται κάποιες βασικές γνώσεις και χαρακτηριστικά που αφορούν στο πλάσμα. •Στο δεύτερο κεφάλαιο, παρατίθενται συνοπτικά τα καθεστώτα λειτουργίας μιας εκκένωσης αίγλης και συγχρόνως αναλύεται η εκκένωση, από φαινομενολογικής άποψης. •Στο τρίτο κεφάλαιο, περιγράφεται αναλυτικά η πειραματική διάταξη στην οποία έγινε το σύνολο των μετρήσεων. Παρουσιάζονται τα επιμέρους όργανα, που χρησιμοποιούνται για την μέτρηση συγκεκριμένων μεγεθών και ταυτόχρονα παρατίθενται διάφορες φωτογραφίες που απεικονίζουν οπτικά τα επιμέρους τμήματα που την απαρτίζουν. •Στο τέταρτο κεφάλαιο, παρουσιάζεται το σύνολο των μετρήσεων, το οποίο περιλαμβάνει χαρακτηριστικές τάσης-ρεύματος, παλμούς ρεύματος και παλμούς φωτός για τις τρεις διαφορετικές ακίδες, για μια σειρά συνθηκών καθώς και συγκρίσεις διαφόρων μεγεθών που εξάγονται από τα παραπάνω. / In this thesis, the effect of the anode’s geometry on the production of glow discharges is studied. For this purpose, glow discharges produced inside a cold plasma reactor, between a non-symmetrical set-up of electrodes, are investigated. In particular, we study glow discharges for three types of anode, which are made of different materials. Initially, a series of measurements of the gap voltage and current is taken and the V-I characteristics are extracted, each for different values of pressure inside the reactor and two different values of gap length (d=1cm, d=2cm). Furthermore, for the above conditions, several current and light impulses (using a photomultiplier) are recorded, demonstrating the light distribution and light emission among the gap. Using all the above measurement, the effect of the anode’s geometry on the glow discharge production is analyzed. In summary, the following subjects are treated: • Basic characteristics of plasma and short historical reference. •Short reference to different functional regimes of a glow discharge and phenomenological analysis of the discharge. •Description of the experimental set-up and measuring instruments. •Experimental measurements of current and gap voltage (V-I characteristics), current pulses, light pulses, conclusions.

Το έργο αφορά στη μελέτη ενός πλάσματος Αζώτου εκκένωσης διηλεκτρικού φράγματος σε ατμοσφαιρική πίεση με διπλό στόχο: Πρώτον, την καλύτερη κατανόηση των φυσικοχημικών μηχανισμών που διέπουν αυτές τις εκκενώσεις, και στη συνέχεια την εφαρμογή αυτών στην επεξεργασία της επιφάνειας μεταλλικών υλικών. Συνεπώς η προσέγγιση στο πρόβλημα θα αναλυθεί λεπτομερώς με βάση δύο συμπληρωματικούς τομείς: - Μοντελοποίηση και Αριθμητική Εξομοίωση - Πειραματική Μελέτη. Το ψυχρό πλάσμα μιας εκκένωσης σε ατμοσφαιρική πίεση παρέχει μια σημαντική τεχνολογική καινοτομία: σπάει το φράγμα της τεχνολογίας κενού στην οποία βασίζονται οι τεχνικές πλάσματος χαμηλής πίεσης. Έτσι το ψυχρό πλάσμα μιας εκκένωσης σε ατμοσφαιρική πίεση παρουσιάζει σημαντικό βιομηχανικό ενδιαφέρον στο πλαίσιο της επεξεργασίας υλικών χαμηλής προστιθέμενης αξίας. Σε αυτή τη μελέτη, η επεξεργασία λαμβάνει χώρα υπό συνθήκες χωρικής μετα-εκκένωσης. Έτσι τα προϊόντα της εκκένωσης (και ιδιαίτερα τα ενεργά σωμάτια) αποστέλλονται, με βάση τη γεωμετρία του αντιδραστήρα και τη ροή του αερίου, εκτός του χώρου μεταξύ των ηλεκτροδίων.Μια τέτοια διάταξη επιτρέπει την επεξεργασία τμημάτων μεγάλων διαστάσεων ή ακόμα και τμημάτων που παρουσιάζουν καμπυλότητες. Επιτρέπει επίσης μια συνεχή βιομηχανική διεργασία κατά τα πρότυπα μιας γραμμής παραγωγής. Τα υλικά που μελετήθηκαν είναι κράματα μετάλλων Αl-2024 και TiA6V4, με βάση το αλουμίνιο και το τιτάνιο αντίστοχα. Χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία της αεροναυπηγικής που αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό μέρος της οικονομικής δραστηριότητας στη Νοτιοδυτική Γαλλία και ειδικά στην περιοχή του Pau. ο σκοπός της επεξεργασίας είναι να καταστεί συμβατή η επιφάνειa με τις βιομηχανικές διεργασίες κολλήσεων και βαφών. / This work deals with an atmospheric pressure dielectric barrier discharge (DBD) plasma in Nitrogen in a double goal: To give insight into the physicochemical mechanisms that dominate in such a discharge and to apply such a discharge in the surface treatment of metal-alloy samples. This thesis investigates the aforementioned topic via two complementary approaches: Συνεπώς η προσέγγιση στο πρόβλημα θα αναλυθεί λεπτομερώς με βάση δύο συμπληρωματικούς τομείς: - Numerical Modeling and Simulation - Experimental Study The cold plasma generated by an atmospheric pressure electrical discharge holds a significant technological advantage: it breaks the vacuum technology barrier which is the cornerstone of traditional low pressure plasma techniques. Thus, the atmospheric pressure cold plasma appears interesting for industrial surface treatment applications and especially in the case of low added value materials. In this thesis, the surface treatment application takes place in spatial afterglow conditions: the dielectric barrier discharge’s effluents are guided, based on the dedicated reactor design and the elevated gas flow values here used out, of the inter-electrode space. These experimental features permit the surface treatment of large samples or even the treatment of pieces of arbitrary geometries (eg. concave, …). Such a set-up also makes possible a continuous industrial process under the production line standards. The materials that were investigated in the framework of this thesis are the metallic alloys Αl-2024 and TiA6V4, on the basis of Aluminum and Titanium respectively. They are used frequently in aerospace and aeronautical design and engineering which represent an important part of the industrial activity in the South – West part of France and especially in the region of Pau. The purpose of their surface treatment by the atmospheric pressure DBD plasma spatial afterglow was to render them compatible with the industrial processes related to adhesion and painting.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η πειραματική μελέτη ηλεκτρικής εκκένωσης σε χαμηλή πίεση αερίου σε ανομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο (διάκενο ακίδα-πλάκα) και η σύγκριση με την ηλεκτρική εκκένωση στο ομογενές πεδίο. Βάση για όλες τις θεωρίες που πραγματεύονται την παραγωγή πλάσματος συνιστά η θεωρία Townsend. Σύμφωνα με αυτή, τα αέρια κατά την εφαρμογή μιας κρίσιμης τιμής τάσης παύουν να είναι μονωτές, υφίστανται ηλεκτρική διάσπαση και μετατρέπονται σε αγωγούς. Προτείνεται έτσι μια πολύ καλή εξήγηση των μηχανισμών των ηλεκτρικών εκκενώσεων που αφορά όμως, μόνο τα ομογενή πεδία. Η πλήρης ερμηνεία τους επιτυγχάνεται με τη θεωρία των κυμάτων ιονισμού που λαμβάνει υπόψην τα μη αμελητέα φορτία χώρου στα οποία εξάλλου και αποδίδει τη μεγάλη ταχύτητα διάδοσης του φαινομένου. Έπειτα, παρουσιάζεται συνοπτικά η εκκένωση αίγλης που συνιστά κατηγορία φαινομένων που αναπτύσσονται όταν το ρεύμα που διαρρέει το διάκενο γίνεται σημαντικό. Στο 1ο κεφάλαιο αναφέρονται και αναλύονται όλες οι έννοιες που εμπίπτουν στην ευρεία έννοια της ηλεκτρικής εκκένωσης. Τονίζονται μεγέθη και παράμετροι της εκκένωσης όπως ο συντελεστής δευτερογενούς παραγωγής ηλεκτρονίων γ που συνδυαζόμενα με τα πειραματικά αποτελέσματα, θα μας δώσουν τελικά χρήσιμα συμπεράσματα. Στο κεφάλαιο 2 περιγράφεται πλήρως η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε, τα όργανα των μετρήσεων καθώς και τα αέρια που χρησιμοποιήθηκαν. Κατόπιν, αναφέρονται συνοπτικά τα στάδια που πειράματος. Στο κεφάλαιο 3, παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα για τις ηλεκτρικές εκκενώσεις του αέρα φιάλης για πιέσεις 5-50mbar. Δίνονται οι χαρακτηριστικές καμπύλες V-I, μεμονωμένες και ομαδοποιημένες αλλά και τα αντίστοιχα παλμογραφήματα ρεύματος και φωτός για τις τρεις διαφορετικές πλάκες που χρησιμοποιήθηκαν (ατσαλιού, αλουμινίου και ορείχαλκου). Συμπληρωματικά, σχολιάζονται τα ηλεκτρικά και τα οπτικά χαρακτηριστικά τους και επιχειρείται σύγκριση και αναδεικνύεται το αν οι συνθήκες και το υλικό της καθόδου επηρεάζουν τα αποτελέσματα. Στο κεφάλαιο 4 γίνεται μια ανακεφαλαίωση των παρατηρήσεων που προέκυψαν από το πείραμα και παρουσιάζονται κάποιες σκέψεις. Στο παράρτημα, παρουσιάζεται η αρχή λειτουργίας του φωτοπολλαπλασιαστή. Τέλος, παρουσιάζεται η βιβλιογραφία. / The purpose of this thesis is the experimental study electric dis¬charge at low pressure gas in inhomogeneous electric field (clearance pinplate) and the comparison with the electric discharge in a homogeneous field. Specifically, we look with the help of our experimental results it affects the conditions of the experiment (pressure gap) and the cathode material and highlighting the c factor. Basis for all theories dealing with the production of plasma is the theory Townsend. According to this, the gases in implementing a critical voltage ceases to be insulators, no electrical breakdown and converted pipelines. Thus proposed that a very good explanation of mechanisms of electric prods on, however, only the homogeneous fields. The full interpretation accomplished by the theory of wave ionization (streamer) which takes into consideration the non-negligible space charge in which, moreover, gives the rapidly spreading phenomenon. Then summarizes the glow discharge which is matter phenomena that occur when the current flowing through the gap is significant. In the first chapter reported and analyzed all the concepts covered in the broad sense of the electric discharge. Aggregates are highlighted as the factor c, which combined with the experimental results, will ultimately give us useful conclusions. In Chapter 2 describes the full experimental setup used, the instruments of measurement and the landfill gas were used. Then the steps experiment is been summarized. In Chapter 3 presents the experimental results for electrical discharges in air bottle for pressure 5 -50mbar. We present the characteristic curves V-I, isolated and grouped and the corresponding «photos» of power and light for three different plates were used (steel, aluminum and brass). Additionally, we comment electrical and optical characteristics and attempt to compare and highlights whether the conditions and the material of the cathode affect the results. In Chapter 4 is a summary of comments obtained from the experiment and presents some thoughts. The Annex shows the operating principle of the photomultiplier. Finally, we present the literature.