Spektrallinjeförhållanden

Analysen av linjeintensitetsförhållanden är ett viktigt verktyg för att få information om laboratorie- och rymdplasma. I emissionsspektroskopi kan intensiteten hos spektrallinjer ge olika information om plasma (eller gas ) tillstånd. Det kan användas för att bestämma plasmats temperatur eller densitet . Eftersom mätningen av en absolut intensitet i ett experiment kan vara utmanande, kan förhållandet mellan olika spektrala linjeintensiteter också användas för att få information om plasman.

Teori

Emissionsintensitetstätheten för en atomär övergång från det övre tillståndet är:

$P_{u\rightarrow l}=N_{u}\ \hbar \omega _{u\rightarrow l}\ A_{u\rightarrow l }$ ,

var:

$N_{u}$ är tätheten av joner i det övre tillståndet,
$\hbar \omega _{u\rightarrow l}$ är energin för den emitterade fotonen, som är produkten av Planck-konstanten och övergångsfrekvensen,
$A_{u\rightarrow l}$ är Einstein-koefficienten för den specifika övergången.

Populationen av atomära tillstånd N är i allmänhet beroende av plasmatemperatur och densitet. Generellt gäller att ju varmare och tätare plasman är, desto högre atomtillstånd är befolkade. Iakttagande eller icke-observation av spektrallinjer från vissa jonarter kan därför bidra till att ge en grov uppskattning av plasmaparametrarna.

Mer exakta resultat kan erhållas genom att jämföra linjeintensiteter:

${\frac { P_{u_{1}\rightarrow l_{1}}}{P_{u_{2}\rightarrow l_{2}}}}={\frac {N_{u_{1}}\omega _{u_{1} \rightarrow l_{1}}A_{u_{1}\rightarrow l_{1}}}{N_{u_{2}}\omega _{u_{2}\rightarrow l_{2}}A_{u_{2} \rightarrow l_{2}}}}$ ,

Övergångsfrekvenserna och Einstein-koefficienterna för övergångar är välkända och listade i olika tabeller som i NIST Atomic Spectra Database. Det är ofta som atommodellering krävs för att bestämma befolkningstätheterna $N_{u_{1}}$ och $N_{u_{2}}$ som funktion av densitet och temperatur . Medan Sahas ekvation och Boltzmanns formel kan användas för temperaturbestämning av plasma i termisk jämvikt, kräver densitetsberoendet vanligtvis atommodellering.

Se även

externa länkar

NIST Atomic Spectra Database

Latimer, I; Mills, JI; Day, RA (1970), "Refinements in the helium line ratio technique for electron temperature measurement and its application to the precursor", Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer , Elsevier , 10 (6): 629–635, Bibcode : 1970JQSRT. .10..629L , doi : 10.1016/0022-4073(70)90079-8
Muñoz Burgos, JM; Barbui, T; Schmitz, O; Stutman, D; Tritz, K (2016), "Tidsberoende analys av synliga heliumlinjeförhållanden för elektrontemperatur- och densitetsdiagnostik med hjälp av syntetiska simuleringar på NSTX-U", Review of Scientific Instruments , AIP , 87 (11): 11E502, doi : 10.1063 /1.4955286 , OSTI 1259296