Общая характеристика бесконтактных методов
Основу бесконтактных методов исследования составляют спектроскопические методы, включающие в себя методы спектрального анализа, оптической спектроскопии и лазерного рассеяния. Подробное рассмотрение каждого из вышеназванных методов заняло бы много места и времени. Поэтому в этой главе ограничимся лишь изложением отдельных методик определения концентрации, температуры заряженных частиц, основанных на измерении относительных интенсивностей спектральных линий в рамках модели термодинамического равновесия и корональной модели, на исследовании спектральных линий при эффектах Допплера и Штарка, на свойствах лазерного излучения, рассеянного плазмой.
Эти методики, в литературе освещены, на наш взгляд, достаточно хорошо. Однако при изложении этих методик нет единого подхода.
Автор не ставил целью раскрыть теорию уширения спектральных линий, и процесса получения рассеянного излучения, так как это приведет к громоздким математическим выкладкам, а рассмотрел лишь вопросы приложения изучаемых явлений в диагностических целях. Изложенные в этой главе методики определения плазмы с успехом можно применять как для низкотемпературной, так и для горячей плазмы.
II. Методика определения температуры плазмы из анализа относительной интенсивности спектральных линий
При переходе атомов или ионов данного сорта с одного уровня на другой (например, с уровня m1 на уровень n1 и с уровня m2 на n2) плазма излучает. Схема энергетических термов приведена на рис. 10:
|
|
|
Рис. 10. Схема энергетических термов
 |
m1 
hw1 Δ e m2
n1 hw2
n2
e1 e2
основной уровень
Интенсивность спектральных линий, отвечающих обоим переходам определяется выражением:
I1=A 
N1hw1 I2=A 
N2hw2
где A 
-вероятности спонтанных переходов, N1, N2-число атомов на верхних уровнях, hw1, hw2-энергия фотонов. Если плазма оптически плотная, то этими же выражениями будет определяться и интенсивность излучения. Предположим, что плазма находится в локальном термодинамическом равновесии (ЛТР). Для этого необходимо выполнение следующих условий:
|
|
|
1) заселенность атомных уровней происходит только за счет электронных столкновений.
2) переход атомной системы в возбужденное состояние и снятие возбуждения сопровождается переходом энергии от электрона к электрону плазмы.
3) на заселенность уровней не влияют излучательные переходы, которые используются для определения температуры электронов плазмы.
 |
При соблюдении вышеназванных условий ЛТР заселенность уровней определится критерием Больцмана:
Относительная интенсивность обеих спектральных линий определится из:
(17)
Величина A -рассчитывается обычно по квантовомеханическим законам, однако, на практике измеряют не величины A -определяющие интенсивности эмиссионных линий, а силы 
f , которые характеризуют вероятность поглощения для данной линии.
Связь между этими величинами дает формула:
|
|
|
Логарифмируя равенство (18) и переходя к длинам волн получим:
Выразив из (19) температуру имеем:
Т е= 
(20)
Из анализа выражения (19) и зависимости относительной интенсивности линий (например, углерода и кислорода) (рис.11) следует, что определение температуры с большей точностью возможно лишь при kТе 
. Если температура изучаемого плазменного объекта достигает сотен электрон вольт, то чувствительность методики оказывается низкой.
Таким образом, описанный выше метод определения электронной температуры по относительным интенсивностям спектральных линий в рамках модели ЛТР пригоден лишь при исследовании низкотемпературной плазмы.
Рисунок 11. Зависимость относительной интенсивности
линий углерода 1 и кислорода 2 от температуры.
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 276; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!