III. Вклад эффекта Доплера в уширение спектральных линий в плазме
Контуры линий излучения, испускаемого атомами и ионами в плотной плазме определяются преимущественно взаимодействием излучателей с окружающими частицами. Такой тип уширения линий называют расширением под действием давления, которое можно подразделить на резонансное, вандервальсово и штарковское. Штарковское расщепление обусловлено взаимодействием с заряженными частицами, то есть с электронами и ионами.
Теория штарковского расширения развивалась на основе двух совершенно различных моделей. Согласно этих моделей сначала влияние медленно движущихся ионов приближенно описывается квазистатической теорией, то есть под воздействием статического поля происходит расщепление уровней излучающих атомов, что приводит к уширению соответствующих линий. Затем учитывается расширение каждой из этих линий, обусловленное взаимодействием с электронами в рамках квантомеханической ударной теории. Окончательный профиль спектральных линий получается в результате усреднения по распределению напряженностей различных полей.
Таким образом, такая теория штарковского уширения учитывает расщепление линий, вызванное взаимодействием с ионами и электронами. В рамках квазистатической модели учитываются эффекты корреляции и экранирования, обусловленные присутствием окружающих частиц. Квантовомеханическая модель учитывает влияние существенных неадиабатических процессов, а именно переходы между компонентами штарковского расщепления.
В диагностических целях, в большинстве случаев, необходимо знать связь между полуширинами линий и концентрацией электронов, а не зависимости формы профиля линий от плотности. Эта связь дается выражением:
=2,5 
А (28)
где - полуширина линий, 
- сдвиг линий
Так как полуширины линий связаны со сдвигом изолированных линий, то для определения концентрации электронов, необходимо измерить либо сдвиг, либо полуширину линий. С экспериментальной точки зрения метод измерения сдвига линий намного легче других, особенно при фотографической регистрации. Теоретические рассчитанные значения сдвигов не очень надежны, когда они невелики. Экспериментальная процедура измерения полуширин линий несколько трудоемка, поскольку необходимо измерять распределение интенсивности линии и вблизи этой линией. В заключении следует отметить, что благодаря последним теоретическим исследованиям метод определения концентрации электронов в плотной плазме, основанный на измерении полуширины линий, расширение которых обусловлено штарк-эффектом, является в настоящее время одним из наиболее точных и удобных методов диагностики плазмы.
Лекция 8
Методы лазерной диагностики плазмы
План лекции
I. Класификация методов лазерной диагностики. Методика лазерной интерферометрии плазмы
II. Методика лазерного рассеяния плазмы
I. Класификация методов лазерной диагностики. Методика лазерной интерферометрии плазмы
Методы лазерной диагностики связаны с появлением в арсенале плазменных исследований оптических квантовых генераторов (ОКГ), с их монохроматичностью, когерентностью и направленностью в сочетании с возможностью получения больших значений мощностей. Лазерные методы исследования плазмы можно разделить на две группы: 1) методы лазерной интерферометрии ; 2) методы лазерного рассеяния. Первый из методов позволяет расшифровать параметры плазмы по интерферограмме. Интерференционные методы разделяются на группу методов с визуализацией поля и фотоэлектрической регистрацией. К интерференционным схемам с визуализацией поля относятся интерферометры Майкельсона, Жамена, Фабри-Перо, Маха-Цандера , Рождественского. Использование этих схем в лазерной интерферометрии дает возможность осуществить амплитудное деление исходного светового луча на два когерентных пучка, распространяющихся в двух разделенных в пространстве направлениях. Затем эти пучки совмещаются и образуют интерференционную картину, пространственная частота 
в которой определяется углом a между интерференционным пучком и длиной волны 
(29) ,
где d – расстояние между двумя максимумами соседних полей.
Если плазма, попадаемая в интерферометр, зондируется монохроматическим излучением с постоянной частотой 
, то изменение порядка интерференции определится следующим выражением:
(30),
где l-характерный геометрический размер плазмы. Таким образом, зная 
g можно определить концентрацию электронов.
Группа методов с фотоэлектрическиой регистрацией основана на применении фотоэлектронных умножителей (ФЭУ), которые обычно располагаются за выходной щелью монохроматора. Импульс тока, возникающий в ФЭУ под действием освещения фотокатода, создает на нагрузочном сопротивлении напряжение, которое усиливается и подается на осциллограф. Другими словами, ФЭУ переводит оптический сигнал в электрический. Для правильной передачи сигнала ФЭУ должен работать на линейном участке амплитудной характеристики. Излучение плазмы имеет постоянное и пульсационное слагаемые. Эти слагаемые часто переводят работу ФЭУ в область насыщения. Улучшить линейность амплитудной характеристики ФЭУ по постоянному току можно с помощью питания его последовательных каскадов от отдельных источников. При определенных условиях в плазме происходят флуктуации плотностей, приводящие к возникновению рассеянного излучения. Это явление используется в методе лазерного рассеяния /4/, который позволяет определить параметры плазмы по спектральному распределению рассеянного плазмой излучения. По полученным спектрам можно определить электронную и ионную температуры, моменты функции распределения электронов по скоростям, напряженность магнитного поля плазмы.
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 321; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!