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Caractérisation expérimentale d'un plasma d'arc et de son interaction avec les électrodes

Caractérisation expérimentale d'un plasma d'arc et de son interaction avec les électrodes

principales extensions que nous avons apportées à cette étude sont la prise en compte de l’aspect temporel, la caractérisation simultanée des électrodes par thermocouples, les mesures électriques temporelles (courant, tension), la quantification du rayonnement par le positionnement de capteurs de flux. Ainsi un lourd travail d’expérimentation, méthodique a été réalisé dans différentes conditions. Lors de ce chapitre, nous avons explicité la méthode inverse qui nous permet de reconstituer à la fois la distribution spatiale et l’évolution temporelle du flux déposé à la surface d’un matériau. Des études théoriques ont été effectuées pour vérifier l’efficacité de la méthode et voir les précautions nécessaires pour pouvoir l’utiliser. Sur notre réacteur à arc libre, des mesures de températures par thermocouple ont été réalisées au sein de l’anode et couplées à la méthode inverse que nous avons mise en place. Ces mesures ont permis de déterminer le profil de flux transféré par l’arc à l’anode au cours du temps suivant la puissance appliquée. En parallèle, la température au niveau du plasma ainsi que les pertes radiatives totales ont été mesurées. Avec ces mesures, nous avons essentiellement obtenu la répartition globale de l’énergie dans le réacteur. L’étude globale qui a été menée nous permet de remonter à certaines grandeurs. Ainsi en partant du principe que le profil de densité de courant a la même forme que le profil de flux (constat donné par le modèle) et sachant que l’intégrale du profil de la densité de courant doit permettre de retrouver l’intensité appliquée, nous pouvons remonter à la distribution de la densité de courant sur la surface de l’électrode. Ainsi pour une intensité de courant de 100A la valeur maximale de la densité de courant sur l’anode a été trouvée à 2.2 10 6 A/m 2 . Le recoupement des résultats du modèle avec l’expérience permet aussi, sachant que la composante électrique constitue 65% du flux transféré à l’anode et connaissant le travail de sortie du matériau, de remonter à une estimation de la chute de tension. Ainsi pour une variation de l’intensité de courant appliquée de 40 A à 100A, la chute de tension anodique est estimée varier de 4.5 à 3.5 V. Connaissant cette chute de tension anodique, les résultats expérimentaux nous ont aussi permis d’estimer la chute de tension à la cathode à 8.5V. Ces valeurs sont en accord avec les travaux de la littérature et celles précédemment trouvées dans l’équipe par F. Cayla lors de la mise en place d’un modèle décrivant par le biais d’une modélisation à deux températures la gaine et la pré gaine en proche voisinage de la cathode.
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Caractérisation expérimentale de l'interaction entre une onde électromagnétique RF et une micro-décharge plasma

Caractérisation expérimentale de l'interaction entre une onde électromagnétique RF et une micro-décharge plasma

La figure 8 met en évidence la différence de phase du paramètre S21 de la ligne microruban entre les cas sans plasma et avec plasma ( S21 avec plasma - S21 sans plasma). On identifie particulièrement deux zones en fonction de la fréquence. La première zone en basse fréquence où la phase de l’onde électromagnétique qui rencontre la décharge est en retard par rapport à l’onde qui se propage dans la ligne sans plasma (i.e. différence de phase < 0). La deuxième zone concerne des fréquences plus élevées où > 0, soit une onde électromagnétique en avance de phase par rapport au cas sans plasma. On observe que la fréquence de transition
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Caractérisation expérimentale de l’interaction entre une onde électromagnétique RF et une micro-décharge plasma

Caractérisation expérimentale de l’interaction entre une onde électromagnétique RF et une micro-décharge plasma

Des mesures effectuées à l’aide de ces deux dispositifs montrent deux effets remarquables. Le premier concerne la dissipation de la puissance de l’onde électromagnétique par le plasma. Cet effet peut atteindre des valeurs significatives (50 % de la puissance dissipée par la décharge) mais il reste dépendant de la fréquence et de la pression du gaz. Le deuxième effet important est le déphasage de l’onde électromagnétique en présence de la décharge plasma qui, dans le cas de la ligne inversée peut atteindre des valeurs autour de 30 degrés à 5 torr sans pertes d’insertion notables, et pour une décharge millimétrique.
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Caractérisation expérimentale d'un plasma d'arc électrique en vue du contrôle de la synthèse des nanotubes de carbone monoparois

Caractérisation expérimentale d'un plasma d'arc électrique en vue du contrôle de la synthèse des nanotubes de carbone monoparois

2.4 Discussion sur le rôle de l’azote Le remplacement de l’hélium par l’azote conduit à des résultats inattendus : une baisse drastique du rendement des SWCNTs obtenus (1%) avec les nanocapsules de carbone (SWNCs) comme phase majoritaire. Pourtant, dans ces conditions, l’érosion est uniforme et les fluctuations de la tension d’arc et des profils relatifs aux caractéristiques du plasma sont peu marquées. Le profil de concentration du CI montre une distribution relativement uniforme tout au long de la décharge avec des valeurs pouvant atteindre 10 25 /m 3 ce qui est en accord avec les conditions favorables à l’obtention de rendements élevées en SWCNTs propres. En revanche, nous assistons à un fort refroidissement de l’ordre de 5000K à 1mm près de l’axe de la décharge associé à une température axiale relativement très élevée (9000K). Avec ces éléments et, étant donné le rendement médiocre en SWCNTs dans ce cas, il est clair que la température axiale et le refroidissement à 1mm de l’axe de la décharge soient deux éléments déterminants vis-à-vis de la propreté et du rendement des SWCNTs obtenus. L’érosion étant uniforme dans ce cas, la prépondérance des SWNCs (phase majoritaire) ne peut pas avoir comme origine les trois modes d’érosion déjà évoqués. En revanche, la synthèse de SWNCs sous atmosphère d’azote en présence du graphite est tout à fait possible [Wa-1][No-1].
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Caractérisation expérimentale de l'interaction arc-matériau : application à l'optimisation des appareils de coupure

Caractérisation expérimentale de l'interaction arc-matériau : application à l'optimisation des appareils de coupure

Pour cela, nous avons procédé à l’acquisition d’une série de spectres acquis en se plaçant dans les mêmes conditions expérimentales :  électrodes neuves en cuivre  distance inter-élect[r]

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Etudes expérimentale et numérique d'un arc électrique dans l'eau

Etudes expérimentale et numérique d'un arc électrique dans l'eau

Les caractéristiques électriques de l’arc, tracées sur la Figure 2, permettent d’en déduire la puissance et l’énergie liées à la dynamique de la bulle représentée ici par la mesure de son rayon. Aux premiers instants, la décharge se développe au niveau des électrodes principalement à cause des défauts de contact. Par effet Joule, les phases gazeuses se créent et se développent le long du fil fusible conducteur pour former le canal plasma et rentrer en coalescence. Le premier pic de la puissance représente l’amorçage de la décharge. Au-delà de 5ms environ, la puissance de l’arc décroit, mais la bulle continue de grossir, car elle est toujours alimentée en énergie. Lorsque l’énergie de l’arc n’est plus suffisante pour stabiliser la taille de la bulle son rayon, après avoir atteint son maximum, décroit. La bulle va donc se refroidir, et s’effondrer sur elle-même quelques millisecondes plus tard.
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Etude expérimentale et numérique d'un arc électrique dans un liquide

Etude expérimentale et numérique d'un arc électrique dans un liquide

Le procédé est assez simple et de cela, on peut en ressortir certains mécanismes similaires aux hautes énergies. Principalement en graphite le plus pure possible, les électrodes sont d’abord mises en contact, de manière à ce que le courant continu passe à travers elles [LAN03]. L’effet Joule et le bombardement électronique [ANT03] provoquent principalement l’ablation et l’évaporation du matériau composant l’anode [ZHU02] [JAH13] [KIA13]. La température de l’arc dans l’eau est estimée environ à 5 kK (ou 4 kK autour de l’arc sur 4 mm environ). Une enveloppe gazeuse entoure donc cet arc à cause de l’énergie qu’elle dissipe par évaporation [ZHU02] et/ou dissociation du milieu liquide [LAN03], radiation, chauffage et bombardement par les espèces réactives [XIN07]. La littérature s’accorde à dire que le plasma est composé des éléments H, O, C et C2 [LAN03]. D’autres travaux parlent d’une réaction chimique (décomposant l’eau en monoxyde de carbone et en dihydrogène) dominante dans la région chaude de l’arc et permettent de confirmer les observations effectuées par spectroscopie ou chromatographie de cette bulle de gaz [XIN07] [KIA13]: C + H2O → CO + H2 (puis dans de moindres mesures, les raies de CO2, C2H2, C2H3, C2H4, C2H6 et CH4 sont aussi observées accompagnées d’émission UVs [LAN03] [SAI15]). Afin de stabiliser l’arc électrique, des systèmes automatiques régulent la tension d’entrée de manière à maintenir une distance inter-contact constante (souvent à 1 mm) [JAH13].
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Etude expérimentale d'un arc impulsionnel entre des contacts Ag et Ag-C

Etude expérimentale d'un arc impulsionnel entre des contacts Ag et Ag-C

2. Résultats 2.1. Erosion des électrodes 2.1.1. Caractérisation de l’érosion L'observation par imagerie rapide montre que l’arc prend la forme d'un cône dont la pointe est accrochée à l'extrémité de la cathode, comme on peut le voir sur la Figure 1. On constate que selon le plan de visée l’arc est relativement symétrique, mais pour conclure il serait nécessaire de réaliser simultanément au moins une acquisition supplémentaire selon une autre direction (par exemple perpendiculaire à la première). Pour la hauteur d'arc considérée, on n'observe pas de différence notable de la forme de la colonne d'arc entre les deux types d’électrodes. Par contre, le mode d’érosion est nettement différent. Dans le cas d’une anode en argent, une érosion significative de l'électrode accompagnée d'éjection de gouttelettes de métal n'intervient qu'à partir de 1,2 ms après le début de l'arc. Un cratère se forme à la surface de l'électrode mais tout le métal fondu n’est pas éjecté, une partie s’accumulant au bord ou à proximité du cratère. Cette déformation entraîne donc un allongement de l’arc dont la zone d’accrochage n’est plus visible en totalité, étant masquée par le bord du cratère (visible notamment pour t = 5 ms sur la Figure 1). L’arc reste cependant centré et ne va pas s’accrocher sur les bords du cratère, car la profondeur est plus faible que le rayon. En effet pour un courant maximal de 2 kA, le cratère mesure 5 mm de diamètre pour 0,5 mm de profondeur (dimensions mesurées à partir de la coupe de l’électrode présentée sur la Figure 3b). Cependant, la perte de masse mesurée est inférieure à celle correspondant à ce volume (environ 50 mg) car l'essentiel du métal fondu reste sur la surface de l'électrode en s'accumulant autour du cratère.
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Caractérisation expérimentale d'un arc impulsionnel

Caractérisation expérimentale d'un arc impulsionnel

I max ; ∆T représente l’écart de température mesuré entre les deux instants t ; P colonne est la puissance de la colonne. Commentaires La première explication qu’on pourrait avancer consiste à considérer au moins deux mécanismes qui vont dans le même sens et qui peuvent conduire à un refroidissement du plasma plus marqué à fort courant I max : d’une part, l’influence de la contamination du plasma par la présence des vapeurs de carbone sur les propriétés locales du milieu à haute température (conductivité électrique, rayonnement….), et d’autre part, la taille d’accrochage de la tâche anodique qui a tendance à augmenter de façon significative avec le courant I max . Ces deux mécanismes peuvent donc jouer pendant le laps de temps d’environ 15ms qui sépare les deux instants où le courant atteint les valeurs considérées (800A et 650A). Cependant, la première hypothèse ne paraît pas plausible car l’influence des vapeurs sur les propriétés du plasma et notamment sur la conductivité électrique se manifeste plutôt à basse température (T<10000K) comme nous l’avons déjà évoqué auparavant ; les pertes radiatives même si elles sont importantes à haute température ne semblent pas jouer non plus car nous avons observé le même phénomène en utilisant une anode en cuivre avec laquelle on assiste à une forte contamination du plasma par les vapeurs métalliques issues de l’érosion de l’anode. Cette forte contamination se manifeste au niveau de la puissance dans la colonne où effectivement on note que la tension aux bornes de la colonne dans le cas de I max =2000A est légèrement plus faible que celle correspondant à I max =1000A alors qu’elles sont égales dans le cas du graphite (plasma moins contaminé) comme on peut le voir sur les Figure 5-14a et 5-14b.
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Caractérisation spectroscopique d'un arc stabilisé dans l'argon pollué par de l'eau et du cuivre

Caractérisation spectroscopique d'un arc stabilisé dans l'argon pollué par de l'eau et du cuivre

aux électrodes disposées aux extrémités de la chambre, le dispositif permet la production d’un plasma stationnaire dont les niveaux de température sont suffisants pour envisager une mesure de ces coefficients d’Einstein en cas d’injection de tungstène. Une analyse spectroscopique très rapide du plasma produit dans des conditions standard a été réalisée en visant l’axe du dispositif du côté anode. Nous avons utilisé un spectromètre compact muni d’une fibre optique, l’ensemble ayant été antérieurement étalonné en luminance spectrale relative. Pour compléter l’analyse, le calcul du spectre basé sur l’intégration de l’équation de transfert radiatif sur la longueur du plasma considéré a été réalisé dans les conditions de l’expérience, autrement dit en tenant compte des élargissements et des décalages imputables à l’effet Stark. Les raies de la série de Balmer de l’hydrogène présentant une sensibilité importante à la densité électronique ont été intégrées au calcul, celles-ci étant observées dans les spectres expérimentaux en raison d’un manque d’étanchéité des segments.
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Caractérisation expérimentale et optimisation d'une source plasma à pression atmosphérique couplée à un spectromètre de masse à temps de vol

Caractérisation expérimentale et optimisation d'une source plasma à pression atmosphérique couplée à un spectromètre de masse à temps de vol

La source se compose d’un diélectrique, dans lequel le gaz de décharge est injecté, entouré par deux électrodes alimentées par un signal de tension alternatif carré. Les diagnostics utilisés lors de la caractérisation de la décharge sont principalement optiques. Il s’agit de spectroscopie d’émission optique ainsi que d’imagerie réalisée avec une caméra ICCD, dans un premier temps employée sans filtre puis avec des filtres passe-bandes. Le spectromètre de masse a également été utilisé comme outil de diagnostic afin d’identifier les ions créés par l’interaction du plasma dans l’air. Le jet a été étudié pour différentes conditions de tensions appliquées et de débits de gaz, et ce pour deux gaz de décharge, le néon et l’hélium. Les mécanismes de propagation du jet dans l’air ont été étudiés indépendamment pour les deux alternances de la tension, mettant en évidence la propagation de streamers, respectivement positif et négatif, ainsi que la présence d’un canal ionisé persistant d’un streamer { l’autre. Les distributions spatio-temporelles des émissions des principales espèces radiatives ont été étudiées lors de la propagation de chacun des streamers permettant d’observer et d’identifier plusieurs mécanismes intervenant dans le peuplement des états supérieurs de ces espèces. Ces résultats ont révélé que les mécanismes mis en jeu diffèrent pour certaines espèces en fonction de l’alternance de la tension. Il est également apparu que les mécanismes intervenant dans les décharges initiées avec le néon ou l’hélium étaient globalement semblables mais différaient tout de même légèrement du fait de la différence d’énergie entre les états métastables du néon et de l’hélium.
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Etude expérimentale de la phase d'extinction d'un arc électrique entre barres de distribution en condition aéronautique

Etude expérimentale de la phase d'extinction d'un arc électrique entre barres de distribution en condition aéronautique

(2) La durée de vie d’arc est plus faible lorsque l’isolant recouvrant les barres est du nylon. Ce comportement est difficile à expliquer car les deux molécules ont des compositions très proches. Pour comprendre la provenance de cet écart, un modèle numérique 1D de la phase d’extinction d’un arc stabilisé par paroi est en cours de développement, celui- ci étant basé sur les travaux de Mercado-Cabrera [4]. À partir de ces travaux, les compositions des plasmas ainsi que leurs conductances pendant la phase d’extinction de l’arc pourront être comparées.
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Optimisation expérimentale de la sphéroïdisation des poudres métalliques et céramiques par plasma inductif

Optimisation expérimentale de la sphéroïdisation des poudres métalliques et céramiques par plasma inductif

Silica particles of mean diameter 99, 139 and 196 (mi were taken an treated with identical induction plasma conditions to compare the effects of the change in mean diameter. After optimi[r]

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en
                                                                    fr

en fr Experimental and numerical study of an electric arc in liquid Etude expérimentale et numérique d'un arc électrique dans un liquide

est plus grande en diamètre (6 à 20 mm) que l’anode (6 mm [KIA13] [ANT03] [BIR03] [ZHU02] ou 3 mm [HOS12]). Les ordres de grandeurs du courant sont généralement inférieurs à cent ampères et ceux de la tension d’une vingtaine de volts. Par effet Joule et bombardement électronique de l’anode [ANT03], l’arc ainsi formé éloigne les électrodes l’une de l’autre à cause principalement de l’ablation et l’évaporation du matériau composant l’anode [ZHU02] [JAH13] [KIA13]. La température de l’arc dans l’eau est estimée à environ 5 kK (ou 4 kK autour de l’arc). Naturellement, une enveloppe de nature gazeuse entoure cet arc à cause de l’énergie qu’il dissipe par évaporation [ZHU02] et/ou dissociation du milieu liquide [LAN03], rayonnement, chauffage et bombardement par les espèces réactives [XIN07]. Afin de stabiliser l’arc électrique et la phase gazeuse qui l’entoure, des systèmes automatiques régulent la distance inter-contact de manière à maintenir une tension d’entrée constante (souvent à 1 mm pendant environ 60 s) [JAH13]. Les espèces carbonées sont donc confinées dans cette enveloppe gazeuse, et présentent ainsi des gradients de densité et de température élevés [XIN07]. Avec une alimentation DC, on peut supposer que les énergies engendrées sont tellement faibles (estimées de l’ordre de quelques joules pendant quelques minutes) que les pressions engendrées et la taille de la bulle de gaz sont par conséquent réduites (à pression atmosphérique, la taille de la bulle est de l’ordre de quelques millimètres).
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2007 — Caractérisation numérique et expérimentale des défauts de roulements

2007 — Caractérisation numérique et expérimentale des défauts de roulements

Un simulateur numérique de roulements permettant de calculer les réponses vibratoires généré par des défauts localisés a été développé. Dans cet article[ 1], 1' étude d[r]

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Modélisation et caractérisation expérimentale des étanchéités faciales hydrodynamiques

Modélisation et caractérisation expérimentale des étanchéités faciales hydrodynamiques

pour plus d’informations sur ce phénomène). Toutefois, la texturation de surface n’intéressera réellement les scientifiques qu’à partir des années 1990 lorsque se développèrent les méthodes d’usinage laser. Etsion et al. ont publié en 1997 [ EHG97 ] une étude expérimentale sur l’effet de la texturation sur la portance hydrodynamique et l’épaisseur de film dans une garniture mécanique. Les textures ont été obtenues par un procédé d’usinage laser. Ils constatent que la texturation a tendance à augmenter la portance hydro- dynamique ainsi que l’épaisseur de film par comparaison avec des surfaces lisses, ce qui est bénéfique pour les phases de fonctionnement à basse vitesse. Etsion et al. ont réalisé par la suite une publication [ EKH99 ] qui confronte études numérique et expérimentale de différentes garnitures mécaniques à surfaces texturées avec des calottes sphériques pour étancher de l’eau liquide. Le modèle numérique développé résout l’équation de Reynolds avec un fluide Newtonien incompressible, en laminaire, en épaisseur de film imposée et en isotherme. Le domaine de résolution à deux dimensions est une bande radiale périodique. Les résultats du modèle sont en bonne corrélation avec les essais expérimentaux. Leur analyse montre que la performance des textures est fortement dépendante de la relation entre les effets hydrodynamiques dus à la vitesse, la viscosité et à l’épaisseur de film, et les effets hydrostatiques dus au différentiel de pression sur la face de frottement. Si les
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Caractérisation expérimentale du frottement effectif des zones de faille

Caractérisation expérimentale du frottement effectif des zones de faille

De plus, on remarque que cette r´eponse se manifeste non seulement dans les exp´eriences de frottement solide-solide, mais ´egalement lors du cisaillement d’une fine couche de gouge synt[r]

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Étude expérimentale et numérique du courant de fuite sur une couche de glace en présence d'un arc électrique

Étude expérimentale et numérique du courant de fuite sur une couche de glace en présence d'un arc électrique

figure IV-d) 66 Figure IV-9 : Voie de mesure #1 mise sous tension 67 Figure IV-10 : Comparaison des résultats de mesure aux résultats de simulation 69 Figure IV-11 : Mesure du bruit élec[r]

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Interaction entre l’âge et la concentration de DHA dans le plasma sur les fonctions cognitives

Interaction entre l’âge et la concentration de DHA dans le plasma sur les fonctions cognitives

2.4.2.3 Analyses des acides gras Les EMAG provenant des LT et de la fraction isolée de PL du plasma ont été analysés par chromatographie en phase gazeuse (modèle 6890 ; Agilent) en utilisant une colonne capillaire (BPX-70, 50 m x 0,25 mm x 0,25 μm, SGE, Folsom, Can) comme précédemment décrit (Plourde et al., 2014). L’hélium (Praxair) a été utilisé comme gaz vecteur. Le programme de température du four était de 50 °C pendant 2 minutes, porté à 170 °C à une vitesse de 20 °C / min, maintenu pendant 15 minutes et finalement augmenté à 210 °C à une vitesse de 5 °C / min et maintenu pendant 7 min (Plourde et al., 2014). Brièvement, 1 µl de l’échantillon à analyser a été introduit dans l’injecteur à l’aide d’une micro seringue. La température d’injection étant maintenue à 250 °C, l’échantillon a été vaporisé dans l’injecteur. Les EMAG ont été entraînés par un flux continu d’hélium à travers la colonne capillaire afin d’y être séparés. La colonne capillaire était composée d’un film polaire de cyanopropyl polysilphénylène siloxane qui constitue la phase stationnaire. Les EMAG ont été séparés dans la colonne en fonction de leur affinité avec la phase stationnaire. À la sortie de la colonne, les composés séparés ont été brulés par la flamme du détecteur à ionisation de flamme dont la température était maintenue à 250 °C. L’ionisation des composés brulés génère une différence de potentiel qui a été mesurée par des électrodes et étaient reportées sur un graphique appelé chromatogramme où l’aire sous la courbe des différents composés a été calculée.
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Interaction of Ultraintense Laser Vortices with Plasma Mirrors

Interaction of Ultraintense Laser Vortices with Plasma Mirrors

with LG beams and reported the first experimental obser- vations where the helical phase of these beams comes into play at these laser intensities. An important challenge for future studies on such interaction will be to find ways to efficiently deposit the laser OAM into plasmas to induce new physical effects in UHI physics. Besides the funda- mental aspects investigated here, this Letter establishes a new methodology for the generation of intense XUV vortices [40 –43] . Such vortices, which form spatio- temporal light springs when multiple harmonic orders are superimposed [44] , might find intriguing applications as advanced probes of matter.
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