发光光谱 - 复旦大学物理教学实验中心fudan physics teaching lab.doc

脉冲弧光放电氩等离子体电子激发温度研究严荣婧(复旦大学材料科学系 200433) 摘要: 本文通过发射光谱法,测量了脉冲弧光放电等离子体的发光光谱。并使用波尔兹曼曲线斜率法, 计算了电子温度。最后, 对脉冲弧光放电氩等离子体和辉光放电氩等离子体做出比较。 Abstract: Ar atomic fluorescence spectra are assigned and then plasma electron excited temperatures are obtained using relative fluorescence intensity ratio method and Boltzmann plot method, respectively. Argon plasma by pulse streamer discharge is parison with glow discharge plasma at the end of the text. 关键词: 弧光放电电弧和热等离子体波尔兹曼曲线斜率法电子温度辉光放电 1. 引言: 随着放电等离子体的深入研究, 电弧和热等离子体在***的热加工、材料科学及能源科技等多个领域获得广泛的应用。其中, 电子激发温度是放电等离子体是重要的特征参数之一, 直接关系到各种物理化学反应过程进行的快慢及化学反应的取向。因此对等离子体电子温度的研究一直是国内外研究人员关注的焦点。发射光谱法的优点在于对等离子体没有干扰。实验中通过光谱仪得到脉冲弧光放电等离子体的发光光谱,通过波尔兹曼曲线斜率法得到了电子激发温度 Texc 。并比较了弧光放电氩等离子体与辉光放电氩等离子体。 2. 实验装置与方法: 实验采用的仪器是脉冲弧光放电等离子体实验仪,如图 1 所示。测量光谱的装置见图 2。这是 PG4000 型高分辨率快速响应微型光谱仪, 光谱仪分辨率 2nm , 数据传输到电脑。图1 脉冲弧光放电等离子体实验仪图2 PG4000 型高分辨率快速响应微型光谱仪 3. 理论基础 气体放电及分类气体放电形式取决于放电电流值范围,它可分为三种: [1] 汤森德放电[2] 辉光放电[3] 弧光放电图3 气体放电三种形式在弧光放电等离子体中, 不同激发电子态的粒子布居数就反映了放电等离子体的电子能量分布, 即等离子体的电子激发温度。如果处于上述激发电子态的气体原子可以通过光辐射的形式跃迁到低能态, 可以通过测量各辐射谱线的荧光强度, 得到放电等离子体电子激发温度的信息。 双线法根据原子发射光谱理论,受激原子从高能级向低能级跃迁时,将以光的形式辐射出能量, 产生特定的原子光谱。选择同种原子或离子的两条光谱线, 在热力学平衡状态(TE) 或局部热力学平衡状态(LTE) 下,两条光谱线的辐射强度比满足下式: 式中和分别为两条谱线的发射光谱强度; 和为跃迁概率; g 为统计权重; E为两谱线能级能量, 为等离子体电子温度。通过实验测得 2 条荧光谱线的相对强度后,就可以计算出等离子体的电子激发温度。 玻尔兹曼曲线斜率法虽然采用 2 条谱线相对荧光强度比值法可以很方便地计算出电子激发温度,由于放电的随机性很大,所以该方法误差较大。若等离子体存在具有多条荧光谱线的同种原子或离子时, 则可以采用玻尔兹曼曲线斜率法计算电