等离子体光谱诊断实验报告

1、等离子体光谱诊断姓名：谢新华学号:PB09203247实验题目：光谱诊断ArECR等离子实验目的：1了解ECR放电：2. 利用等离子体发射光谱分析等离子体中成分，同时利用Ar谱线展 宽计算电子温度和密度；3. 相邻谱线强度计算电子温度。实验原理：A. ECR放电：当电子在磁场中回旋频率与微波频率相同时，电磁波就可以与回 旋电子发生共振相互作用，从而电子能够获得电磁波能量，产生等离 子体。其中，生成的等离子体的极限密度可以用公式：nc（7n3） < 0.012严来计算。B. 成分分析：不同原子的发射谱线中存在特征谱线，可以根据发射光谱中存在 的分立的线状特征谱分析等离子体中存在的成分。C.

2、 电子温度和密度：理想的线谱是极细的线状，但是由于发射原子并不是孤立的，存 在与其他原子的相互作用，导致谱线存在展宽。在高密度等离子体中, 发射原子与同类原子相互作用，造成共振展宽。而低密度、稀薄等离 子体中，辐射原子与非同类原子之间相互作用引起洛伦兹展宽。与带 电粒子相互作用则引起斯塔克展宽。此外，辐射离子的无规则运动或 者是非热运动还会造成多普勒展宽。一般情况下，当仪器展宽可以忽略时，只需要考虑多普勒展宽和斯塔 克展宽O多普勒笊宽和原子或离子的温度有关：(nm)斯塔克展宽则是洛伦兹型的展宽，与电子的密度相关:Ne = 2.5 X 1014（）2CCl2D.相邻谱线强度比计算电子温度和密度：

3、如果等离子体处于局部热平衡，即电子分布满足麦氏分布，同时 各能级上电子分布满足波尔兹曼分布以及带电粒子密度复合沙哈方 程（即此时等离子体激发温度等于电子温度），那么就会有以下关系： 本实验中使用光薄模型，对于相同电离态下的不同能级跃迁：其中，E为电子跃迁能级差，I为谱线相对强度，v为谱线对应频率, A为跃迁几率，g为刚特因子。求出温度之后可以用沙哈方程：竺=空兽空塑炉兽）（第一电离态使用 noh3so灯來计算电子密度。实验装置：ECR等离子体装置、光谱仪。数据分析：A.利用Ar的特征谱定标后的光谱：（明显谱线为Ar谱线，未标出，其余谱线均已标出）no>M0«240000 -20

4、000 -790reo770C0>Cus3*xB11.53148WwavetengthihmgwBvetengthntnSubtracted Y1600830wavele ngUVnmnoo：«MwttengthmT aoo wBwkngthnfnB.相邻峰计算等离子体电子温度及密度:111172072Swaveiength-nm选用750.3869nm和751.4652nm两条相邻的Ar谱线计算电子温度以 及电子密度。谱线位置/nm相对 强度跃迁几 率Ej/cm1Ex/cm 1Lowerlevelupperlevelg|-gx7503869200004.45e+0795399

5、.8276108722.61943&3庚中) 4ST/2。1彳丹则“做03-1751.4652150004.02e+0793750.5978107054.27203&3丹 P%)4s23/2° 1% o3-1那么电子温度为:"inh ViAiSihc-EO)(6.63 X ICT% X3 X108) “ X (10872262 一 10705427).617610872262 X4.45/?l8912 X 10705427x4.02)=4.48eV使用沙哈方程计算电子密度:ne =c谱线的分解: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 吕 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枫5賦)2) Heg(心甲2”M0 95436V*.SUMard ErrorFy050.660431 304FK706.64231002415FA650 68539921135wG0.0S482000483wl0.07344000461700n»71072072Swaveiength-nm实验结果：本实验中:通过光谱特征峰位置的查找，得到等离子体中的元素成分: