Disociación multifotónica infrarroja de SiF4 por pre-excitación de niveles rotovibracionales - Risaro, Matías Ariel (2019)
La presente tesis trata sobre la caracterización y modelado de un sistema de enriquecimiento isotópico de silicio, basado en la disociación multifotónica infrarroja (DMFIR) de la molécula de SiF4. La DMFIR es un proceso que consiste en la absorción secuencial de decenas de fotones en el espectro IR hasta que se logra la disociación de la molécula de trabajo que contiene el isótopo de interés. Con el objetivo de aumentar la eficiencia de la disociación y la selectividad isotópica, se implementa la técnica DMFIR-2f que supone la utilización de dos láseres IR en forma secuencial; uno que preexcita la molécula en los primeros niveles rotovibracionales y otro que disocia las moléculas ya preexcitadas. Una primera línea de investigación consiste en la realización de experimentos con diversas técnicas de espectroscopía para determinar propiedades moleculares y la dinámica de la absorción multifotónica IR (AMFIR). El uso de la espectroscopía por transformada de Fourier (FTIR) en celda estanca permite determinar los modos normales de absorción de las diversas especies isotópicas, así como determinar los parámetros de anarmonicidad del potencial molecular. Por otro lado se caracteriza la AMFIR, también en celda estanca, con espectroscopía de absorción; irradiando con láseres pulsados TEA de CO2 en dos geometrías: colimada y enfocada. Las observaciones obtenidas permiten caracterizar la sección eficaz de absorción y estimar el grado de excitación que alcanza la molécula de trabajo. Una segunda instancia de investigación implica caracterizar la DMFIR-2f sobre un jet molecular, por medio de espectrometría de masas por tiempo de vuelo, TOF-MS. La irradiación de dicho jet se realiza con dos láseres TEA de CO2, dispuestos en forma colineal y enfocados por una misma lente. Los radicales generados se ionizan por absorción multifotónica UV, MPI, con un láser pulsado de Nd:YAG utilizado en su cuarta armónica (266nm). A partir de los espectros de masas obtenidos se definen sendos estimadores para cuantificar la eficiencia de la disociación y el grado de selectividad isotópica. A partir de todas estas observaciones, se desarrolla un conjunto de simulaciones numéricas, basadas en la teoría RRKM, para describir la dinámica poblacional de los niveles vibracionales del SiF4 y la fracción de moléculas disociadas. En este sistema de ecuaciones de balance se propone una desintonización lineal, basado en el potencial anarmónico de Morse, para modelar la sección eficaz de absorción de cada nivel vibracional. En conclusión, en la presente investigación se ha parametrizado y modelado la DMFIR-2f tanto en experimentos de celda estanca como en un jet molecular. Se observa una mejora tanto en la eficiencia de disociación como en la selectividad, de un orden de magnitud respecto de la DMFIR tradicional. Además del aporte académico para describir cuantitativamente los procesos involucrados en la absorción multifotónica IR, la técnica de separación isotópica propuesta resulta promisoria para ser aplicada a gran escala en el enriquecimiento de silicio.