Numerical simulation of laser-gas interaction in a microchannel

In this work Argon behaviour inside a micro channel is analysed when a laser pulse of 1e-15 s hits the gas for XUV (extreme ultraviolet radiation) production. The simplified geometry does not include the network of gas delivery micro channels but only the main cylindrical micro channel that acts as a hollow waveguide. Attention is payed on gasdynamic phenomenas that occur inside the micro channel in order to understand, through OpenFOAM numeric simulation, shock waves propagation, emptying process characteristic time and possible further simplifications to the geometry. At first, the problem and the experiment set up is analysed, then the work will move on predict the channel emptying time and the phenomena that can influence this process. It is expected that, changing the geometry or laser set up, emptying time can be shortened matching the request of a complete emptying process within the time scale of 1e-5 s. More tests are done to evaluate pressure on the channel wall and relative heat fluxes.

In questo lavoro viene analizzato il comportamento di un gas nobile (Argon) all'interno di un micro canale quando viene investito da un raggio laser della durata di 1e-15 s per la produzione di XUV (extreme ultraviolet radiation). La geometria semplificata non include i canali di alimentazione del dispositivo reale, ma solo il micro canale cilindrico principale che viene utilizzato come guida d'onda cava. L'attenzione viene focalizzata sui fenomeni legati alla gasdinamica che avvengono all'interno del canale, in modo da comprendere, tramite la simulazione numerica di OpenFOAM, la propagazione delle onde d'urto, i tempi caratteristici di svuotamento e le ulteriori possibili semplificazioni alla geometria. In una prima fase viene analizzato il problema e il set up dell'esperimento, successivamente ci si concentra sullo svuotamento del canale e sui fenomeni che lo influenzano. Si prevede che, cambiando la geometria o il set up dell'esperimento, si possano accorciare i tempi di svuotamento andando incontro alla richiesta di avere uno svuotamento completo in scala di tempo di 1e-5 s. Ulteriori test verranno eseguiti per valutare i carichi sulle pareti del canale e i relativi flussi termici.