Спектрометрическая диагностика
1. Спектрометрическая диагностика
1.1. Цели и методы
Целью диагностики является определение локальных значений параметров плазмы: концентрации электронов, атомов и ионов в основном и возбужденных состояниях, атомной и электронной температуры. Анализ полученных данных позволяет выяснить механизм формирования распределений заселенности в тех или иных конкретных условиях и установить связь этих распределений с параметрами плазмы и характеристиками происходящих в ней физических процессов [1].
В настоящее время разработано много различных методов определения параметров плазмы, но среди них только спектроскопические являются бесконтактными и не возмущающими состояние плазмы.
1.2. Схема спектрометрической диагностики
Рисунок 1.1 – Схема спектрометрической диагностики
Конечная цель диагностики состоит в нахождении параметров плазмы в элементарном объеме в различных местах плазменного объекта (если он неоднороден) в различные моменты времени (если плазма нестационарна). Искомыми параметрами являются:
концентрация электронов (Ne), концентрация ионов (Ni), атомов и молекул разных сортов (Na), в основном и возбужденном (Na*;) состояниях, электронная температура (Тe), атомная температура (Тa), напряженность электричсекого поля (E), концентрация пылевых частиц (Np), их заряд (Z).
Затем устанавливаются связи между искомыми параметрами плазмы и оптическими характеристиками элементарного объема на основе предположений о физических процессах в элементарном объеме и общих законов оптики и атомной физики.
К ним относятся зависящие от длины волны (λ) или частоты (ω) коэффициенты излучения (ε) и поглощения (k), показатель преломления (n) и дифференциальное сечение рассеяния (σ), а также интегральные характеристики излучения в линиях - интенсивность (I) и интегральное поглощение (К).
К оптическим характеристикам источника относятся:
спектральная энергетическая яркость поверхности источника в направлении наблюдения, перпендикулярном поверхности источника b(λ), оптическая толщина плазмы τ(λ), доля падающего излучения, рассеянная под углом к направлению облучения P(θ ,λ), набег фазы просвечивающей волны Φ(λ), отклонение луча от первоначального направления при прохождении через плазму.
Связь оптических характеристик источника и оптических характеристик элементарных объемов определяется моделью источника. Для измерения вышеупомянутых параметров источника применяются различные приборы, которые преобразуют измеряемые оптические характеристики в отсчеты регистрирующих устройств, наблюдаемые экспериментатором или накапливаемые в памяти ЭВМ. Приборы обладают определенными передаточными функциями, чувствительностью, шумами. Поэтому установить связь отсчетов со значениями измеряемых величин можно только на основе известной модели измерительной аппаратуры [1].
1.3. Спектрометрические приборы и установки
Спектрометры - приборы с фотоэлектрической регистрацией света.
Основными параметрами, которые характеризуют все диспергирующие оптические приборы, являются [1]:
- Рабочий диапазон - это интервал длин волн, в которых может работать данная установка: λmin ÷ λmax.
- Спектральная разрешающая способность (R)- характеризует свойство прибора разделять излучения, отличающиеся по длине волны на малый интервал σλ.
- Пространственное разрешение - расстояние ежду двумя точками пространства, излучение из которых может быть проанализировано отдельно.
- Временное разрешение - интервал между моментами времени, которые можно изучать отдельно, проанализировать отдельно.
- Порог чувствительности - определяет минимальный поток от источника, позволяющий проанализировать излучение.
- Светосила прибора - это качественная характеристика прибора, которая показывает, какую долю излучения исследуемого объекта данный прибор позволяет использовать для анализа спектра.
В зависимости от элементов, обеспечивающих спектральное разложение, различают:
На Главную