Orientador: Helio Cesar Nogueira Tolentino / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-21T19:01:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tamura_Edilson_M.pdf: 2735994 bytes, checksum: 95c92842a04b2d0625a10ce9d5d59aa7 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Apresentamos uma câmara de ionização para monitorar e medir a intensidade do feixe de raios-x. Este detector será utilizado em estações experimentais da fonte de radiação síncrotron, que está sendo construída pelo Laboratório Nacional de Luz Síncrotron -LNLS. A câmara de ionização tem a configuração de placas paralelas e pode trabalhar com diferentes tipos de gases e pressões. A calibração da câmara, ou seja, a relação entre a corrente gerada pela câmara e a intensidade dos fótons incidentes, foi obtida utilizando o ar a 1 atm para fótons com energias de 5,4 keV, 8,4 keV e 17,5 keV. A calibração mostrou uma baixa eficiência da câmara, principalmente para fótons com energias altas, motivando um estudo com outros tipos de gases (N2, He, Ar e mistura P-10) a diferentes pressões. Foi desenvolvida e caracterizada a eletrônica para leitura da câmara de ionização. O ruído e a instabilidade desta eletrônica mostraram desempenhos comparáveis a um eletrômetro comercial / Abstract: We describe an ionization chamber for monitoring and measuring the x-ray beam intensity .This detector will be used in the workstations of the synchrotron radiation facility , which is being constructed at Laboratório Nacional de Luz Síncrotron -LNLS. The ionization chamber has the two parallel plates configuration, and works with different types of gas and pressures. The ionization chamber calibration, i.e., the relation between the ionization chamber current and photon intensity into the chamber, was obtained using the air at 1 atm for 5.4 keV, 8.4 keV and 17.5 keV photon energies. The calibration showed a low efficiency of the chamber, mainly for high energy photon. This result motivated to study the efficiencies for different gases (N2, He, Ar and P-10) at different pressures. We developed and characterized the electronic for the ionization chamber readout. The noise and the instabilities of this electronic is comparable with a commercial electrometer / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Prof. Dr. Vitoldo Swinka Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPE. Defesa: Curitiba, 24/08/2012 / Inclui referências / Área de concentração: Engenharia e ciência de materiais / Resumo: Neste trabalho é mostrado a construção e a caracterização elétrica de um sistema "plasma focus" para a geração de raios X. Foi construído com uma célula de material acrílico de formato cilíndrico com um eletrodo central de cobre (ânodo), doze eletrodos periféricos de aço (cátodo) e duas conexões, uma para controle do vácuo e outra para injeção do gás de trabalho. No arranjo experimental do sistema foram integrados os equipamentos de vácuo, capacitor, fonte de alta tensão, ponta de prova de alta tensão, sensor de corrente, sensor de corrente tipo bobina de Rogowski, chave spark gap e sistema de aquisição de dados. Para o funcionamento do sistema e caracterização elétrica da célula construída, um capacitor, com energia previamente armazenada, foi rapidamente chaveado nos eletrodos da célula. A descarga do capacitor começa na base do eletrodo central (ânodo), onde há um isolador, de forma multifilamentar e simétrica gerando um campo magnético. Este impulsiona o plasma até o final do ânodo onde é submetida uma fase conhecida como colapso. A caracterização permitiu a determinação e análise dos parâmetros elétricos do sistema. Palavras-Chave: Sistema "plasma focus"; Geração de raios X; Caracterização elétrica da célula construída; Parâmetros elétricos do sistema. / Abstract: In this work it is shown the construction and electrical characterization of a system plasma focus system for X-ray generation. The system has the Mather's type geometry. It was built with an acrylic cell with cylindrical form with a central electrode (anode), twelve peripherals steel electrodes (cathode) and with two connections, one for air removal and another for gas injection. The experimental setup is integrated equipment composed of the vacuum system, capacitor, high voltage power supplies, passive high-voltage probes, current transformers, current transformers (Rogowski's coil type), spark gap key and acquisition system. The electrical characterization was made by a capacitor with energy previously stored and rapidly switched in the electrode's cell. The discharge started at the base of the central electrode (anode), where there is an insulator, of the continuous form and symmetric generating a magnetic field. This plasma boosted until the end of anode in which was subjected a phase that's known collapse. The characterization and analysis allowed the determination of electrical parameters of the system. Key Words: Plasma focus system; X-ray generation; Electrical Characterization of the cell constructed; Electrical parameters of the system

Orientador: Carlos Alberto da Silva Lima / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-15T00:25:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Orea_AlfredoCruz_M.pdf: 1280191 bytes, checksum: 9fb2cb7ec2d819b91f25efc115273454 (MD5) Previous issue date: 1985 / Resumo: Nesta Tese, abordamos alguns aspectos do fenômeno da descarga óptica num gás, especificamente relacionados com o estabelecimento da ruptura dielétrica no mesmo. Nosso trabalho usa um tratamento do processo de ruptura que incorpora efeitos que, ate então, não o haviam sido, em trabalhos desenvolvidos sobre o tema. Assim, ao desenvolvermos a equação de balanço energético, a partir da qual pudemos determinar o fluxo de energia eletromagnética crítico (intensidade crítica do feixe de laser Jcr) capaz de iniciar o processo de ruptura, introduzimos os efeitos que a presença do campo intenso acarreta nos parâmetros relevantes para o estabelecimento do processo, tais como efeitos sobre a energia de ionização atômica e efeitos sobre a freqüência efetiva de colisões eletron-caroço positivo, no gás, que levam a absorção de energia do campo pelos elétrons através do processo de bremsstrahlung inverso. A incorporação destes efeitos, que são explicitamente abordados na Tese, levou a predição de Jcr, em função da pressão p, usando uma estimativa da densidade eletrônica ne, no volume de ruptura que, embora tenha resultado em Jcr(p) qualitativamente correta, exigiu revisão para se obter melhor ajuste quantitativo com os dados experimentais disponíveis. Isto nos levou ao levantamento fenomenológico de ne(p) = a(p) n{p), onde n(p) é a densidade atômica (atomos/cm3) no gás, a uma pressão p. A relação a(p) é determinada pelo balanço, dentro do volume focal, entre ganho (produção pelo processo de ionização multifotônica + avalanche (ionização por impacto+bremsstrahlung inverso através de sucessivas gerações)) e perda eletrônica (governada pela ação de diversos mecanismos de perda, seja de energia - impactos não-ionizantes - seja, mesmo, de elétrons - fugas da região focal, recombinação, etc.). Compreende-se, assim, a enorme complexidade do problema de tentar obter a(p) a partir de primeiros princípios, o que levou-nos a buscar sua determinação com base nas medidas experimentais existentes para Jcr. Com tais valores de a(pi), gerou-se, por ajuste de curva, com auxilio de um computador, a função a(p). Pudemos, assim, estabelecer a predição teórica da potência crítica de laser necessária para induzir a ruptura, em função da pressão do gás, levando em conta os efeitos do laser sobre os parâmetros do gás atômico / Abstract: Gas breakdown, steady-state maintenance and continuous generation of low-temperature plasma and propagation of the plasma fronts are important subjects of past and current research on laser induced gas discharges. This Thesis is concerned with some aspects of the laser induced dielectric breakdown in a gas. We have specifically addressed the question of the onset of the breakdown process. In dealing with the equation describing the energy balance between the laser delivered energy and the energy consumption to establish the avalanche produced discharge plasma, we have introduced new features that had not been considered previously. We refer to accounting for thellaser induced effects upon the atomic ionization threshold and upon the effective rate of collisions leading to inverse bremsstrahlung. Their influence upon the threshold laser intensity Jcr needed to produce the gas breakdown is fully explored. This led to a Jcr vs. gas pressure p prediction that qualitatively described the experimental data available for atomic hydrogen breakdown under rubi laser irradiation. However, for a better description, it turned out that an assumed estimate of the electronic density within the breakdown volume had to be revised. In fact, we had to resort to a phenomenological estimate of ne(p) = a(p) n(p), where n(p) is the gas atomic density (atoms/cm3) at pressure p. The pressure dependence of a(p) depends upon the balance, within the focal volume, between electronic gain (electronic production by multiphoton ionization initiated avalanche - impact ionization+inverse bremsstrahlung through many generations) and electronic loss, (due to various loss mechanisms both of electronic energy - non-ionizing impacts - and of electrons themselves - recombination, electronic runaway, etc.). The formidable task of trying to produce a(p) on first principles treatment of such processes, including laser effects upon them, was for the moment out of question so we decided to calculate a(pi) values based on the experimental data available for threshold fluxes. These a(Pi) values were computer fitted to obtain the function a(p) which was then used to establish the theoretical prediction of the critical laser power needed to induce the gas breakdown, as a function of the gas pressure, with due account taken of the laser effects upon the relevant atomic gas parameters / Mestrado / Física / Mestre em Física

As legislações com restrições nos níveis de emissões de poluentes e a grande concorrência entre as montadoras fomentaram o desenvolvimento de sistemas mais eficientes de gerenciamento de motores a combustão interna. Entretanto, a falta de sensores que identifiquem as propriedades da combustão, e que sejam economicamente viáveis, dificulta o desenvolvimento de novos sistemas. Visando suprir parte dessas limitações, este trabalho propõe o uso do sensor de corrente iônica com duas finalidades: identificação dos fenômenos de combustão e detonação. Para identificação da combustão, atualmente é utilizado o sensor de fase instalado no motor, o que encarece o sistema de gerenciamento. Uma alternativa a este sensor seria utilizar a vela de ignição, já instalada dentro do cilindro do motor, como sensor de ionização da mistura ar/combustível durante a queima. Comparando a área sob a curva do sinal da corrente iônica durante a combustão com a área sob a curva durante a admissão, foi possível verificar que é viável a utilização do sinal da corrente iônica para substituição de uma funcionalidade do sensor de fase. Quanto à identificação do fenômeno da detonação, foi mostrado que o uso do sensor de corrente iônica possibilita a remoção do sensor de detonação. Para isso, foi realizada a correlação entre a energia de uma faixa de frequências dos harmônicos do sinal da corrente iônica com a energia do sinal proveniente do sensor de detonação. Dessa forma, este trabalho mostrou que é possível usar somente as velas de ignição, já presentes no veículo, como sensores. Além disso, os resultados positivos obtidos propiciam oportunidades para novas aplicações e novas pesquisas. / The laws that restrict pollutant emission levels and the competition among manufacturers fostered the development of more efficient internal combustion engine management systems. However, the lack of sensors to identify the properties of combustion, and which are economically viable, hinders the development of new systems. In order to address such limitations, this investigation proposes using the ionic current sensor with two purposes: identification of combustion and knock phenomena. The combustion identification is currently identified by the camshaft position sensor installed in the motor, which becomes more expensive for the management system. An alternative is using the spark plug, already installed inside the engine cylinder, such as ionization sensor of air/fuel mixture during combustion. Comparing the area under the curve of the ion current signal during combustion to the area under the curve during admission, it was found that it is feasible the use of ionic current signal to replace one feature of the camshaft position sensor. Concerning the identification of the knock phenomenon, it was shown that the use of the ionic current sensor allows the removal of the knock sensor. For this, the correlation between the energy signal in a frequency range of the ionic current harmonic with the energy of the signal from the knock sensor was performed Therefore, the use of spark plugs as sensors is very promising, in replacement to two existing sensors. Moreover, the positive results provide opportunities for new applications and researches.

As legislações com restrições nos níveis de emissões de poluentes e a grande concorrência entre as montadoras fomentaram o desenvolvimento de sistemas mais eficientes de gerenciamento de motores a combustão interna. Entretanto, a falta de sensores que identifiquem as propriedades da combustão, e que sejam economicamente viáveis, dificulta o desenvolvimento de novos sistemas. Visando suprir parte dessas limitações, este trabalho propõe o uso do sensor de corrente iônica com duas finalidades: identificação dos fenômenos de combustão e detonação. Para identificação da combustão, atualmente é utilizado o sensor de fase instalado no motor, o que encarece o sistema de gerenciamento. Uma alternativa a este sensor seria utilizar a vela de ignição, já instalada dentro do cilindro do motor, como sensor de ionização da mistura ar/combustível durante a queima. Comparando a área sob a curva do sinal da corrente iônica durante a combustão com a área sob a curva durante a admissão, foi possível verificar que é viável a utilização do sinal da corrente iônica para substituição de uma funcionalidade do sensor de fase. Quanto à identificação do fenômeno da detonação, foi mostrado que o uso do sensor de corrente iônica possibilita a remoção do sensor de detonação. Para isso, foi realizada a correlação entre a energia de uma faixa de frequências dos harmônicos do sinal da corrente iônica com a energia do sinal proveniente do sensor de detonação. Dessa forma, este trabalho mostrou que é possível usar somente as velas de ignição, já presentes no veículo, como sensores. Além disso, os resultados positivos obtidos propiciam oportunidades para novas aplicações e novas pesquisas. / The laws that restrict pollutant emission levels and the competition among manufacturers fostered the development of more efficient internal combustion engine management systems. However, the lack of sensors to identify the properties of combustion, and which are economically viable, hinders the development of new systems. In order to address such limitations, this investigation proposes using the ionic current sensor with two purposes: identification of combustion and knock phenomena. The combustion identification is currently identified by the camshaft position sensor installed in the motor, which becomes more expensive for the management system. An alternative is using the spark plug, already installed inside the engine cylinder, such as ionization sensor of air/fuel mixture during combustion. Comparing the area under the curve of the ion current signal during combustion to the area under the curve during admission, it was found that it is feasible the use of ionic current signal to replace one feature of the camshaft position sensor. Concerning the identification of the knock phenomenon, it was shown that the use of the ionic current sensor allows the removal of the knock sensor. For this, the correlation between the energy signal in a frequency range of the ionic current harmonic with the energy of the signal from the knock sensor was performed Therefore, the use of spark plugs as sensors is very promising, in replacement to two existing sensors. Moreover, the positive results provide opportunities for new applications and researches.

Neste trabalho é apresentada uma nova geometria e os critérios de projeto para dispositivos de espectrometria de mobilidade iônica, com objetivo de aumentar a relação entre sinal e ruído detectados pelos eletrômetros que compõem a região de detecção, quando associado à ionização baseada em descargas elétricas que tipicamente emitem maior interferência eletromagnética em relação a outros tipos de ionização. A geometria e os critérios de projeto foram estabelecidos com o auxílio do simulador de trajetórias iônicas SIMION versão 8.1 e comparada com espectrômetros de mobilidade iônica do estado-da-arte. Os resultados das simulações dos dispositivos foram avaliados por meio dos testes estatísticos não-paramétricos de Iman-Davenport e Holm. O resultado indicou que a geometria proposta apresentou compatibilidade com as melhores características dos espectrômetros atuais com confiança estatística a 95 %. Na sequência a geometria proposta foi simulada, fabricada e testada para detecção dos íons de: tolueno - C7H8 (C5H5+, C6H5+, C7H7+), propanol - C3H8O (CH3+, CH3O+, C2H3+, C2H4O+, C2H5O+, C3H6+, C3H7+, C3H7O+) e água - H2O (H+, HO+, H2+, O+). Os picos de corrente iônica detectada nos eletrômetros indicaram coerência com as trajetórias simuladas para estes conjuntos de íons. Além disso, os resultados experimentais apresentaram um aumento na relação entre sinal e ruído para a nova geometria proposta que foi validada pelo teste de comparação pareada não-paramétrico de Wilcoxon a 95 % de confiança estatística. / In this work, a new geometry and a design criteria for ion mobility spectrometry devices was presented, aiming to increase the signal-to-noise ratio detected by electrodes of the detection region, when associated with ionization based on electrical discharges. The new geometry and the design criteria were established in the SIMION version 8.1 (an ionic trajectory simulator) and compared with the state-of-art ion mobility spectrometers. The results from device simulations were evaluated using the non-parametric statistical test of Iman-Davenport and Holm. The result indicated that the proposed design criteria presented compatibility with the best characteristics of current spectrometers with statistical evidence at 95%. The proposed geometry was simulated, fabricated and tested for the following solvents: toluene - C7H8 (C5H5+, C6H5+, C7H7+), propanol - C3H8O (CH3+, CH3O+, C2H3+, C2H4O+, C2H5O+, C3H6+, C3H7+, C3H7O+) and water - H2O (H+, HO+, H2+, O+). The peaks of ion current detected in the electrometers occurred at approximate positions of the simulated trajectories for these sets of ions. In addition, the experimental data showed an increase in the signal-to-noise ratio for the proposed new geometry that was validated by the test statistic of Wilcoxon signed rank at 95% statistical confidence.

Neste trabalho é apresentada uma nova geometria e os critérios de projeto para dispositivos de espectrometria de mobilidade iônica, com objetivo de aumentar a relação entre sinal e ruído detectados pelos eletrômetros que compõem a região de detecção, quando associado à ionização baseada em descargas elétricas que tipicamente emitem maior interferência eletromagnética em relação a outros tipos de ionização. A geometria e os critérios de projeto foram estabelecidos com o auxílio do simulador de trajetórias iônicas SIMION versão 8.1 e comparada com espectrômetros de mobilidade iônica do estado-da-arte. Os resultados das simulações dos dispositivos foram avaliados por meio dos testes estatísticos não-paramétricos de Iman-Davenport e Holm. O resultado indicou que a geometria proposta apresentou compatibilidade com as melhores características dos espectrômetros atuais com confiança estatística a 95 %. Na sequência a geometria proposta foi simulada, fabricada e testada para detecção dos íons de: tolueno - C7H8 (C5H5+, C6H5+, C7H7+), propanol - C3H8O (CH3+, CH3O+, C2H3+, C2H4O+, C2H5O+, C3H6+, C3H7+, C3H7O+) e água - H2O (H+, HO+, H2+, O+). Os picos de corrente iônica detectada nos eletrômetros indicaram coerência com as trajetórias simuladas para estes conjuntos de íons. Além disso, os resultados experimentais apresentaram um aumento na relação entre sinal e ruído para a nova geometria proposta que foi validada pelo teste de comparação pareada não-paramétrico de Wilcoxon a 95 % de confiança estatística. / In this work, a new geometry and a design criteria for ion mobility spectrometry devices was presented, aiming to increase the signal-to-noise ratio detected by electrodes of the detection region, when associated with ionization based on electrical discharges. The new geometry and the design criteria were established in the SIMION version 8.1 (an ionic trajectory simulator) and compared with the state-of-art ion mobility spectrometers. The results from device simulations were evaluated using the non-parametric statistical test of Iman-Davenport and Holm. The result indicated that the proposed design criteria presented compatibility with the best characteristics of current spectrometers with statistical evidence at 95%. The proposed geometry was simulated, fabricated and tested for the following solvents: toluene - C7H8 (C5H5+, C6H5+, C7H7+), propanol - C3H8O (CH3+, CH3O+, C2H3+, C2H4O+, C2H5O+, C3H6+, C3H7+, C3H7O+) and water - H2O (H+, HO+, H2+, O+). The peaks of ion current detected in the electrometers occurred at approximate positions of the simulated trajectories for these sets of ions. In addition, the experimental data showed an increase in the signal-to-noise ratio for the proposed new geometry that was validated by the test statistic of Wilcoxon signed rank at 95% statistical confidence.