1、等離子體光譜診斷姓名：謝新華學號:PB09203247實驗題目：光譜診斷ArECR等離子實驗目的：1了解ECR放電：2. 利用等離子體發(fā)射光譜分析等離子體中成分，同時利用Ar譜線展 寬計算電子溫度和密度；3. 相鄰譜線強度計算電子溫度。實驗原理：A. ECR放電：當電子在磁場中回旋頻率與微波頻率相同時，電磁波就可以與回 旋電子發(fā)生共振相互作用，從而電子能夠獲得電磁波能量，產(chǎn)生等離 子體。其中，生成的等離子體的極限密度可以用公式：nc（7n3） < 0.012嚴來計算。B. 成分分析：不同原子的發(fā)射譜線中存在特征譜線，可以根據(jù)發(fā)射光譜中存在 的分立的線狀特征譜分析等離子體中存在的成分。C.

2、 電子溫度和密度：理想的線譜是極細的線狀，但是由于發(fā)射原子并不是孤立的，存 在與其他原子的相互作用，導致譜線存在展寬。在高密度等離子體中, 發(fā)射原子與同類原子相互作用，造成共振展寬。而低密度、稀薄等離 子體中，輻射原子與非同類原子之間相互作用引起洛倫茲展寬。與帶 電粒子相互作用則引起斯塔克展寬。此外，輻射離子的無規(guī)則運動或 者是非熱運動還會造成多普勒展寬。一般情況下，當儀器展寬可以忽略時，只需要考慮多普勒展寬和斯塔 克展寬O多普勒笊寬和原子或離子的溫度有關(guān)：(nm)斯塔克展寬則是洛倫茲型的展寬，與電子的密度相關(guān):Ne = 2.5 X 1014（）2CCl2D.相鄰譜線強度比計算電子溫度和密度：

3、如果等離子體處于局部熱平衡，即電子分布滿足麥氏分布，同時 各能級上電子分布滿足波爾茲曼分布以及帶電粒子密度復合沙哈方 程（即此時等離子體激發(fā)溫度等于電子溫度），那么就會有以下關(guān)系： 本實驗中使用光薄模型，對于相同電離態(tài)下的不同能級躍遷：其中，E為電子躍遷能級差，I為譜線相對強度，v為譜線對應頻率, A為躍遷幾率，g為剛特因子。求出溫度之后可以用沙哈方程：竺=空獸空塑爐獸）（第一電離態(tài)使用 noh3so燈來計算電子密度。實驗裝置：ECR等離子體裝置、光譜儀。數(shù)據(jù)分析：A.利用Ar的特征譜定標后的光譜：（明顯譜線為Ar譜線，未標出，其余譜線均已標出）no>M0«240000 -20

4、000 -790reo770C0>Cus3*xB11.53148WwavetengthihmgwBvetengthntnSubtracted Y1600830wavele ngUVnmnoo：«MwttengthmT aoo wBwkngthnfnB.相鄰峰計算等離子體電子溫度及密度:111172072Swaveiength-nm選用750.3869nm和751.4652nm兩條相鄰的Ar譜線計算電子溫度以 及電子密度。譜線位置/nm相對 強度躍遷幾 率Ej/cm1Ex/cm 1Lowerlevelupperlevelg|-gx7503869200004.45e+0795399

5、.8276108722.61943&3庚中) 4ST/2。1彳丹則“做03-1751.4652150004.02e+0793750.5978107054.27203&3丹 P%)4s23/2° 1% o3-1那么電子溫度為:"inh ViAiSihc-EO)(6.63 X ICT% X3 X108) “ X (10872262 一 10705427).617610872262 X4.45/?l8912 X 10705427x4.02)=4.48eV使用沙哈方程計算電子密度:ne =c譜線的分解:Gauss分解：72072Swaveiength-nm3600a

6、暑30002COO WOO isoo 1000.5O0o.-500 -690Gauss of FEquationy=yO (/L'(Wsqrt(PI/2Mrexp(.2-«x.xcywr2)Adj R Square0 95492valueSUnMd ErrorF>0-47 604571 36749Fxc7O6.M23e373W7E4Fw0119690 00115FA54381344 53552FsiQrna0.05S65FFWHM014093FHeght362512802L1710wavelengttnmLorentz 分解:Lorentz ofFMOOa 呂 3000

7、 V2900 XOO1600 1000-500-0 -500 -690Equationy = yO* (2-A/Pir(w.'(4-<x-xe)*2 wA2»M R-Squar094163V«lueStandard ErroF旳52 166211 56512FK706 641616 2O2J3E-4Fw011393000179FA703 06038781138FH3876.3897710?15wavelength 伽Vogit分解:3500& 3000-62500 -2W 1600 180»0-Equ4ttory-yC*(A2楓5賦)2) Heg(心甲2”M0 95436V*.SUMard ErrorFy050.660431 304FK706.64231002415FA650 68539921135wG0.0S482000483wl0.07344000461700n»71072072Swaveiength-nm實驗結(jié)果：本實驗中:通過光譜特征峰位置的查找，得到等離子體中的元素成分: