Соотношения спектральных линий

Анализ отношений интенсивностей линий является важным инструментом для получения информации о лабораторной и космической плазме. В эмиссионной спектроскопии интенсивность спектральных линий может предоставить различную информацию о состоянии плазмы (или газа ). Она может быть использована для определения температуры или плотности плазмы. Поскольку измерение абсолютной интенсивности в эксперименте может быть сложной задачей, отношение различных интенсивностей спектральных линий может быть использовано для получения информации о плазме.

Теория

Плотность интенсивности излучения атомного перехода из верхнего состояния в нижнее состояние равна: ^[1]

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

где:

• ${\displaystyle N_{u}}$- плотность ионов в верхнем состоянии,
• ${\displaystyle \hbar \omega _{u\rightarrow l}}$— энергия испущенного фотона, которая является произведением постоянной Планка и частоты перехода,
• ${\displaystyle A_{u\rightarrow l}}$— коэффициент Эйнштейна для конкретного перехода.

Заселенность атомных состояний N обычно зависит от температуры и плотности плазмы. Как правило, чем горячее и плотнее плазма, тем больше заселены более высокие атомные состояния . Наблюдение или ненаблюдение спектральных линий от определенных видов ионов может, таким образом, помочь дать грубую оценку параметров плазмы.

Более точные результаты можно получить, сравнивая интенсивности линий:

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

Частоты переходов и коэффициенты Эйнштейна переходов хорошо известны и перечислены в различных таблицах, например, в базе данных атомных спектров NIST . Часто атомное моделирование ^[2] требуется для определения плотности населения и как функции плотности и температуры. В то время как для определения температуры плазмы в тепловом равновесии можно использовать уравнение Саха и формулу Больцмана , зависимость плотности обычно требует атомного моделирования. ${\displaystyle N_{u_{1}}}$ ${\displaystyle N_{u_{2}}}$

Смотрите также

• Плазменная диагностика
• Спектральная линия

Внешние ссылки

• База данных атомных спектров NIST

Ссылки

1. Зальцманн, Д. (1998). Атомная физика в горячей плазме . Oxford University Press . стр. 149. ISBN 978-0-19-510930-6.
2. Ралченко, Ю. В.; Марон, Ю. (2001). «Ускоренная рекомбинация из-за резонансного девозбуждения метастабильных состояний». J. Quant. Spectr. Rad. Transfer . 71 (2–6): 609–621. arXiv : physics/0105092 . Bibcode :2001JQSRT..71..609R. CiteSeerX 10.1.1.74.3071 . doi :10.1016/S0022-4073(01)00102-9. S2CID  17090954. 

• Латимер, И.; Миллс, ДЖ.; Дэй, РА (1970), «Усовершенствования в технике отношения линий гелия для измерения электронной температуры и ее применение к предшественнику», Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения , 10 (6), Elsevier : 629–635, Bibcode : 1970JQSRT..10..629L, doi : 10.1016/0022-4073(70)90079-8
• Муньос Бургос, Дж. М.; Барбуи, Т.; Шмитц, О.; Штутман, Д.; Триц, К. (2016), «Анализ зависимых от времени отношений видимых линий гелия для диагностики электронной температуры и плотности с использованием синтетического моделирования на NSTX-U», Обзор научных приборов , 87 (11), AIP : 11E502, doi : 10.1063/1.4955286, OSTI  1259296