Содержание к диссертации
Введение
1 ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ
ПЛАЗМЫ 11
1.1 Задачи спектроскопической диагностики плазмы 11
1.2 Модель элементарного объёма плазмы 12
1.3 Модель источника 15
1.4 Модель экспериментальной установки 17
1.5 Некорректные задачи в спектроскопической диагностике плазмы 19
2 АЛГОРИТМЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ
ПЛАЗМЫ 23
2.1 Стратегия моделирования прямой задачи 23
2.2 Исключение аппаратных искажений 24
2.3 Рациональный алгоритм коллективной обработки данных 26
3 ОБРАБОТКА ПРОСТРАНСТВЕННЫХ СПЕКТРОВ 30
3.1 Структурные характеристики плазменно-пылевых образований 30
3.2 Принципы извлечения информации из пространственных спектров 32
3.3 Учёт шумов и искажений при работе с пространственными спектрами 37
4 КОМПЛЕКС АППАРАТНЫХ И ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ 41
4.1 Описание экспериментальных установок 41
4.1.1 Автоматизированное рабочее место «Свет» 41
4.1.2 Спектрометр изображения на основе интерферометра Фабри - Перо 42
4.1.3 Комплекс «Пылевой кристалл» 48
4.2 Описание программных средств 49
4.2.1 Программа «Моделирование и исключение аппаратных искажений» 49
4.2.2 Конструктор Meccano 51
4.2.3 Программа вычисления пространственного спектра Meccano-2D 60
5 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТАЛЛОГАЛОИДНОЙ ЛАМПЫ И ПЛАЗМЫ ИНДУКЦИОННОГО РАЗРЯДА 62
5.1 Исследование металлогалоидной лампы 62
5.2 Исследование индукционной лампы 65
6 ИССЛЕДОВАНИЕ ПЫЛЕВЫХ ОБРАЗОВАНИЙ В КОМПЛЕКСНОЙ ПЛАЗМЕ 69
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 73
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 75
ПРИЛОЖЕНИЯ 79
ПРИЛОЖЕНИЕ А. СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ О ФИЗИЧЕСКИХ КОНСТАНТАХ... 79 ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСА ПРОГРАММЫ
«МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИСКЛЮЧЕНИЕ АППАРАТНЫХ ИСКАЖЕНИЙ» 80
ПРИЛОЖЕНИЕ В. СТРУКТУРА ПРОГРАММЫ «МОДЕЛИРОВАНИЕ И
ИСКЛЮЧЕНИЕ АППАРАТНЫХ ИСКАЖЕНИЙ» 84
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. СВОДНАЯ ТАБЛИЦА ПАРАМЕТРОВ MECCANO 88
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. ОПИСАНИЕ КЛАССОВ КОНСТРУКТОРА MECCANO 90
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. ОСОБЕННОСТИ ЗАПУСКА ПРОГРАММ MECCANO 95
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. ИНТЕГРАЦИЯ MECCANO С ВЕБ-КОНТЕНТОМ 97
- Задачи спектроскопической диагностики плазмы
- Исключение аппаратных искажений
- Структурные характеристики плазменно-пылевых образований
- Спектрометр изображения на основе интерферометра Фабри - Перо
- Исследование металлогалоидной лампы
Введение к работе
Актуальность работы
При решении задач физической электроники часто используются мощные и бесконтактные спектроскопические методы исследования объектов. В частности, они широко применяются для исследования, диагностики и контроля различных плазменных образований. При этом извлечение информации из спектра часто сопряжено со сложной математической обработкой, которая сводится к выделению различных факторов, сформировавших регистрируемый сигнал (исключению аппаратных искажений, преобразованию яркости поверхности в коэффициенты излучения с учётом неоднородности объекта, разделению причин, сформировавших контур излучения тонкого слоя); при этом возникает необходимость построения алгоритмов, устойчивых к шумам эксперимента. В некоторых случаях к лучшим результатам приводит имитационное моделирование спектральных распределений с учетом вышеперечисленных факторов и физически обоснованный подбор ряда неизвестных параметров объекта для наилучшего совпадения с экспериментом.
К этому же кругу задач можно отнести специфические проблемы изучения газоразрядной плазмы с конденсированной дисперсной фазой. В этом случае существенную информацию, в том числе и о физической природе явления, можно извлечь непосредственно из обработки изображения пылевых структур в разряде.
Хотя работы в указанных направлениях ведутся давно, актуальной является задача создания инструментов, которые бы позволяли решать широкий круг диагностических задач с использованием всех возможностей современной вычислительной техники и накопленных теоретических знаний в автоматизированных программно-аппаратных исследовательских и контрольно-диагностических комплексах, существенно увеличивающих надёжность и объективность, а также скорость получения необходимой информации.
Цель работы, задачи
Главная цель описываемых исследований - развить методы оптической диагностики пространственно неоднородной и комплексной плазмы, увеличить их эффективность, достоверность и информативность.
Для достижения этой цели необходимо решить ряд задач:
1. Исследовать возможности, предоставляемые высокопроизводительными программно-аппаратными комплексами сбора и обработки данных оптико-спектральных измерений характеристик плазмы.
Проанализировать существующие алгоритмы обработки оптических и пространственных спектров.
Исследовать возможности применения статистических методов для повышения устойчивости результатов измерений к шумам и исключения аппаратных искажений при получении информации об оптических спектрах плазменных объектов.
Разработать необходимый программный инструментарий для реализации новой методики решения диагностических задач, легко адаптируемый к различным приложениям, и проиллюстрировать эффективность его применения.
Исследовать эффективность предлагаемого программного комплекса при обработке данных экспериментов с комплексной плазмой, неоднородной плазмой в металлогалоидной лампе и плазмой индукционного разряда, являющихся в настоящее время актуальными объектами исследований и инженерных расчётов.
Научная новизна
Дня решения задач спектроскопической диагностики неоднородной плазмы предложен и реализован новый рациональный алгоритм коллективной обработки экспериментальных данных на основе метода главных компонент, обеспечивающий повышение надёжности и достоверности информации, получаемой в результате эксперимента, снижающий трудоёмкость обработки результатов и влияние
Впервые использованы новые алгоритмы обработки данных, получаемых в спектрометре изображения с интерферометром Фабри - Перо.
Впервые получены пространственные распределения атомной температуры и заселённости метастабильныхуровнейвиндукционно-связанной плазме разрядав неоне.
Впервые исследованы пространственные спектры упорядоченных пылевых структур цинка и оксида алюминия в комплексной плазме тлеющего разряда в инертных газах. Установлена корреляция характеристик таких спектров с условиями в разряде и типом системы «газ - макрочастица».
Показано, что пространственный спектр позволяет контролировать строение структуры, определять параметры структуры и отслеживать динамику их изменения.
Научно-практическая значимость работы
Разработанный набор алгоритмов и программных средств позволяет комплексно решать задачи локальной количественной диагностики неоднородной плазмы, в частности, «очищать» регистрируемые спектральные распределения от влияния аппаратных искаже- ний, вносимых регистрирующим прибором, и корректно учитывать характер неоднородности объекта.
Анализ данных, полученных в результате исключения аппаратных искажений при помощи разработанных программных средств, обеспечивает возможность исследовать вклады различных физико-химических процессов, происходящих в неоднородной плазме, что содействует развитию представлений и знаний о плазме в конкретных приложениях и весьма полезно для разнообразных инженерных и конструкторских разработок.
Контроль пространственных спектров плазменно-пылевых образований позволяет гибко и эффективно следить за изменением характера структуры, дает возможность увеличить надёжность результатов видеорегистрации.
Результаты разработки комплекса программных средств могут быть использованы и уже активно используются в научно-образовательном процессе при подготовке специалистов по физической электронике и информационно-измерительной технике в Петрозаводском государственном университете.
Основные положения, выносимые на защиту:
Рациональный алгоритм обработки экспериментальных данных на основе метода главных компонент, повышающий надёжность и достоверность информации, получаемой в результате эксперимента, снижающий трудоёмкость обработки результатов и влияние шумов.
Набор программных модулей, основанный на использовании как современных представлений о физических процессах в низкотемпературной плазме, так и на концепции новейших информационных технологий, легко адаптируемый к конкретным спектроскопическим исследованиям и применимый для решения как прямых, так и обратных задач спектроскопии плазмы (программный комплекс Meccano),
Пространственные распределения атомной температуры и заселённости метаста-бильных уровней в индукционно-связанной плазме разряда в неоне.
Радиальное распределение концентрации электронов в ртутной дуге высокого давления переменного тока с добавкой йодида таллия, совпадающее с рассчитанным по модели локального термодинамического равновесия для центральной области разряда вплоть до половины радиуса и для момента времени, когда ток дуги максимален.
Метод анализа упорядоченных плазменно-пылевых структур по их пространственным спектрам.
Апробация работы
Содержание работы докладывалось на Международной конференции по инженерному и компьютерному образованию ІСЕСЕ-2003 (г. Сантус, Бразилия, 16-19 марта 2003 г.), на IV Российском семинаре по современным средствам диагностики плазмы и их применению (г. Москва, 12-14 ноября 2003 г.), на конференции «Современные проблемы науки и образования» (г. Умаг, Хорватия, 3-10 июля 2004 г.), на Всероссийском симпозиуме молодых учёных, студентов и аспирантов «Фундаментальные проблемы приложений физики низкотемпературной плазмы» (г. Петрозаводск, 5-11 сентября 2005 г). По результатам работы опубликованы следующие статьи:
Соловьев А. В. Обучающая программа «Моделирование и исключение аппаратных искажений)) // 18 Международная конференция «Школьная информатика и проблемы устойчивого развития»: Тезисы. СПб, 1999. Soloviev A., Luizova L. Computer training program: instrument distortions simulation and elimination II Learning and Teaching Science and Mathematics in Secondary and Higher Education: Proc. of 5th Inter-Karelian Conference. (May 17-19, 2000, Petrozavodsk). Joensuu, 2000. Pp. 158-162. Luizova L. A., Soloviev A. V. Computer training program for elimination of instrument distortions II 7th International Conference on Education and Training in Optics and Photonics (Singapore, 2002) ISPIE Proc. 2002. V. 4588. Pp. 440-447. Luizova L., KhakhaevA., EkimovK., Soloviev A. Rational tools for data obtaining and processing in local plasma spectroscopy II 16th International Symposium on Plasma Chemistry (June 22-27,2003, Taormina, Italy). Taormina, 2003. P. 107. Soloviev A., Luizova L. Free accessible web-based programs «Simulation and elimination of instrument distortion» for educational and scientific applications II 3rd International Conference on Engineering and Computer Education (ICECE-2003) (March 16-19,2003, Santos, Brazil). Sao Paolo, 2003. Luizova L., KhakhaevA., EkimovK., Soloviev A. The setup and software for local plasma spectroscopy II Proceedings of the 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (July 7-11,2003, St. Petersburg, Russia). St. Petersburg, 2003.
ЕкимовК. А., ЛуизоваЛ. А., Соловьев А. В., ХахаевА. Д. Автоматизированный комплекс для спектроскопической диагностики неоднородной плазмы // Материалы IV Российского семинара «Современные средства диагностики плазмы и их применение для контроля веществ и окружающей среды» (Москва, 12-14 ноября 2003 г.). Москва, 2003. С. 49-51.
Екимов К. А., Луизова Л. А., Приходченко Р. В., Соловьев А. В., Хахаев А. Д. Лабораторные работы по спектроскопии с использованием виртуальных инструментов и удалённого доступа. Петрозаводск, 2003, 62 с.
Соловьев А, В., Луизова Л. А. Учебное моделирование и исключение аппаратных искажений // Фундаментальные исследования. 2004, № 3. С. 84-86.
Екимов К. А., Луизова Л. А., Соловьев А, В., Хахаев А. Д. Рациональные технологии в локальной спектроскопии неоднородной плазмы // Современные наукоёмкие технологии. 2004. № 2. С. 52-54. Khakhaev A., Luizova L., Ekimov К., Soloviev A. Spatial and time-dependent distribution of plasma parameters in the metal-halide arc lamp II 12th International congress of plasma physics (October 25-29,2004, Nice): Book of abstracts. Nice, 2004. P. 109.
Научно-образовательный центр по фундаментальным проблемам приложений физики низкотемпературной плазмы (НОЦ «Плазма»): Отчёт о НИР / Рук. темы А.Д.Хахаев. Per. во ВНТЙЦ №01.20.0215108, инв. №0220.0505263. Петрозаводск, 2004. 337 с. Ekimov К., Luizova L., Soloviev A., Khakhaev A. Data array acquisition and joint processing in local plasma spectroscopy II Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer. 2005. V. 96. Pp. 513-523.
Кравченко А. А,, Луизова Л. А., Хахаев А. Д., Соловьев А, В. Координатно-чувствительная спектроскопия с использованием интерферометра Фабри - Перо // Материалы Всероссийского симпозиума молодых учёных, студентов и аспирантов «Фундаментальные проблемы приложений физики низкотемпературной плазмы» (Петрозаводск, 5-11 сентября 2005 г). Петрозаводск, 2005. С. 283-288. Kravchenko A. A., Luizova L. A., Soloviev А. V. High Resolution Local Spectroscopy of Inhomogeneous Plasma II Proc. of XVIth International Conf. on Gas Discharges and Their Applications (September 11-15,2006, Xian). Xian, 2006. Pp. 649-652.
Комплекс программных средств прошёл успешную проверку в ходе экспериментальных исследований на кафедре информационно-измерительных систем и физической электроники Петрозаводского государственного университета и в Научно-образовательном центре по фундаментальным проблемам приложений физики низкотемпературной плазмы, а также в лабораторных практикумах студентов по курсам: «оптические методы диаг- ностики плазмы», «физические основы получения информации», «метрология и измерительная техника» и при выполнении студентами курсовых и дипломных работ.
Вклад автора
Впервые использованы методы фурье-анализа для изучения пылевых образований из микрочастиц цинка и оксида алюминия в тлеющем разряде в аргоне и неоне.
Создано программное обеспечение Meccano на основе технологии Java для моделирования аксиально-симметричного источника неоднородной плазмы, получения пространственных распределений параметров элементарного объёма плазмы на основе её оптических характеристик, атакже анализа пространственного спектра плазменно-пылевых образований.
Продемонстрирована возможность использования разработанного комплекса программных средств Meccano для обработки данных с различных экспериментальных установок: программно-аппаратного комплекса спектроскопической диагностики «Свет», спектрометра изображения на основе интерферометра Фабри - Перо, комплекса «Пылевой кристалл».
Разработано методическое пособие по использованию комплекса программных средств Meccano для спектральной диагностики аксиально-симметричной неоднородной плазмы[9].
Осуществляется поддержка пользователей комплекса программных средств Meccano при выполнении научно-исследовательских и учебных лабораторных работ на кафедре информационно-измерительных систем и физической электроники Петрозаводского государственного университета и в Научно-образовательном центре по фундаментальным проблемам приложений физики низкотемпературной плазмы.
Объём и структура диссертации
Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и приложений. Работа содержит 98 страниц, 49 рисунков, 4 таблицы, 46 наименований библиографических ссылок.
В первой главе рассматриваются теоретические основы спектроскопических методов диагностики плазмы и анализируются существующие методы извлечения информации из оптических спектров.
Во второй главе описаны предлагаемые алгоритмы для обработки данных спектроскопических экспериментов. Описаны особенности решения некорректных обратных задач типа исключения аппаратных искажения и обращения Абеля.
В третьей главе описан предлагаемый метод обработки изображений пылевых образований в комплексной плазме на основе пространственных спектров. Рассмотрено влия- ние на пространственные спектры таких факторов, как шумы, артефакты изображения, искажения типа смазывания и дефокусировки.
В четвёртой главе описан использованный в работе комплекс аппаратных и программных средств. В первой части главы кратко описаны использованные программно-аппаратные комплексы для спектроскопической диагностики неоднородной плазмы и проанализированы их возможности. Для обработки результатов экспериментов и решения задач диагностики плазмы автором был разработан комплекс программных средств, который описан во второй части этой главы.
В пятой главе описаны результаты применения разработанных алгоритмов и программных средств к задачам диагностики конкретных плазменных объектов: металлогалоидной лампы и плазмы индукционного разряда, являющих в настоящее время актуальными объектами исследования и инженерных разработок для светотехники и других приложений.
В шестой главе представлены результаты исследования пылевых образований в комплексной плазме.
В заключении кратко сформулированы основные результаты, полученные автором.
В приложениях даны подробные описания интерфейсов и структур разработанных программных модулей.
class1 ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ
ПЛАЗМЫ class1
Задачи спектроскопической диагностики плазмы
В основе спектроскопической диагностики плазмы лежит совокупность методов, позволяющая по оптическим характеристикам (спектральная энергетическая яркость поверхности источника в направлении наблюдения Ь(Л), оптическая толщина плазмы т{Л), доля рассеянного излучения Р(в,Л), набег фазы просвечивающей волны Ф(Л), угол отклонения луча при прохождении через плазму а и др.) определить локальные и мгновенные значения её основных параметров (концентрации электронов Ne, ионов N\, атомов в основном Na и возбуждённом N состояниях, а также параметры законов распределения их по энергиям Ге и Га). Полученные значения и распределения параметров позволяют проверить или построить физическую модель плазмообразующей среды и описать происходящие в ней явления. Очевидно, данная группа методов относится к категории косвенных измерений, поэтому для получения искомого результата необходимы априорные предположения о свойствах объекта и процессах, протекающих в нём. Такие априорные предположения удобно разбить на блоки, описывающие независимые процессы и процессы, связанные причинно-следственными связями.
class2 АЛГОРИТМЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ
ПЛАЗМЫ class2
Исключение аппаратных искажений
Первым этапом при решении обратной задачи оптической диагностики плазмы является учёт динамических характеристик экспериментальной установки - исключение аппаратных искажений (или редукция к идеальному инструменту). Эта проблема сводится к решению уравнения свёртки (1.19) или Y(A)=b(A) g(A). Для нахождения решения уравнения (1.19) в условиях приближённых исходных данных Ув(Л) необходимо использовать один из методов регуляризации [1], [19].
Предположим, что при Y(X)=YT(A) ЭТО уравнение имеет единственное решение bt(A), т. е. b A) g{A)=Y- A). Задача заключается в нахождении функции Ь- А). Если правая часть известна с погрешностью, т. е. вместо YT{A) имеем функцию Ї#(Д), такую, что pu{Yi,Yt) S, то вместо нахождения ЬТ можно ставить задачу о нахождении приближённого решения. В качестве приближённого решения следует брать регуляризированное решение - регуляризирующий оператор. В [22] показано, что широкий класс регуляризирующих операторов получается с помощью классических линейных интегральных преобразований, например, преобразования Фурье.
Структурные характеристики плазменно-пылевых образований
При диагностике плазмы с конденсированной дисперсной фазой (КДФ) особую роль играет выяснение геометрических параметров формируемой в плазме структуры пылевых микрочастиц (размеры, расстояния между частицами и степень упорядоченности структуры). Как показывают исследования [30], [41], [31], упорядоченные пылевые образования в комплексной плазме имеют гексагональную структуру, поэтому считается весьма удобным для их описания использовать критерии структурного анализа, применяемые при описании жидкой фазы [5]: парную корреляционную функцию g(r) и структурный фактор S(k).
Парная корреляционная функция и структурный фактор являются мерой упорядоченности в структуре. Парная корреляционная функция определяется, как вероятность найти две частицы на заданном расстоянии г. Для газа, состоящего из хаотически расположенных частиц, g(r) \. Для идеального кристалла g(r) представляет собой серию дельта-функций, высота и положение которых определяется типом структуры кристалла. Если известны координаты частиц, парную корреляционную функцию можно описать следующим образом [46]: где N- количество частиц в исследуемом объёме V, а гч - расстояние между /-й иу -й частицами. Парная корреляционная функция и структурный фактор связаны между собой преобразованием Фурье:
При исследовании структуры твёрдых тел и жидкостей координаты атомов и молекул невозможно получить непосредственными измерениями, поэтому формула (3.1) неприменима. Однако удаётся получить вид структурного фактора по картине дифракционного рассеяния и, применив обратное преобразование Фурье, найти парную корреляционную функцию.
В случае плазменно-пылевых образований, их изображения непосредственно фиксируются на фотоплёнке или фоточувствительной матрице, так что возможно определение координат частиц и расчет парной корреляционной функции в соответствии с её определением. Тем не менее, определение координат центров частиц по изображению пылевой структуры является плохо формализуемой ресурсоёмкой задачей. С другой стороны, можно ожидать, что, например, линза с фокусным расстоянием около 1 м позволит наблюдать дифракцию Фраунгофера на пылевой структуре в видимом свете, причём картина будет иметь размеры около 1 см, поскольку типичные расстояния между частицами порядка 10" см. Но и такой эксперимент не будет простым из-за низкой интенсивности картины.
Как показано в [17], зачастую парная корреляционная функция оказывается недостаточно информативной. На рис. 3.1 парные корреляционные функции для случаев б) и в) отличаются незначительно, однако по изображениям пылевых образований видно, что их структура отличается.
Спектрометр изображения на основе интерферометра Фабри - Перо
Не менее эффективной схемой измерений представляется одновременная регистрация спектра различных точек поверхности источника при помощи фотоприёмных линеек или матриц. Приборы, организованные таким образом, называют спектрометрами изображения. Использование интерферометра Фабри - Перо (ИФП) также позволяет получить на фотоприё мной матрице одновременно изображение источника и изображение интерференционных колец [3], [7]. В данной работе для исследования индукционно-связанной плазмы в неоне использовалась установка спектроскопии высокого разрешения на основе дифракционного спектрографа и ИФП [11]. Система может работать в двух вариантах: без сканирования путём изменения толщины интерферометра (что существенно для нестационарных объектов);
при изменении толщины интерферометра путём изменения давления воздуха между зеркалами (что позволяет сканировать по длинам волн спектр в различных пространственных точках).
Свет от исследуемого источника (рис. 4.2, поз. 1), расположенного в фокусе линзы (рис. 4.2, поз. 2), проходит через ИФП (рис. 4.2, поз. 3) и получившаяся интерференционная картина рисуется объективом (рис. 4.2, поз. 4) на входной щели спектрографа ДФС-8 (рис. 4.2, поз 5). Рабочий диапазон спектрографа 250-900 нм, обратная линейная дисперсия 0,6 нм/мм, относительное отверстие 1:36, максимальное раскрытие входной щели 0,4 мм. Таким образом, на входной щели спектрометра получается изображение источника света с наложенной на него интерференционной картиной от интерферометра (рис. 4.3). Радиальное распределение интенсивности излучения регистрируется ПЗС-линейкой, установленной параллельно изображению входной щели (рис. 4.2, поз. 6). ПЗС-линеЙка представляет собой набор из 3648 регистрирующих элементов высотой 200 мкм и шириной 8мкм, выстроенных в ряд длиной 30 мм. Рабочая область линейки, обусловленная конструкцией выходного блока спектрометра, содержит 2000 элементов. Сигнал с ПЗС-линейки передаётся для обработки на компьютер через устройство сопряжения МОРС-1/3648/С/Д с интерфейсом РСІ.
Предварительные измерения характеристик регистрирующей линейки показали [11], что её уровень шума составляет 55±5 отсчётов при максимально возможном значении уровня сигнала 4096. В этом диапазоне реакция приёмника на падающее на него излучение может считаться линейной с погрешностью, не превосходящей 10 %. Программно-аппаратный комплекс также включает:
систему управления углом поворота дифракционной решётки, состоящую из шагового двигателя, соединённого непосредственно с механической системой поворота дифракционной решётки, усилителя тока шагового двигателя, системы согласования и компьютерного интерфейса;
специально разработанное программное обеспечение для управления аппаратной частью установки, регистрации, сохранения и обработки данных.
Исследование металлогалоидной лампы
По линиям таллия, основным фактором упшрения которых являлся Штарк-эффект, из оценки штарковских ширин и сдвигов контуров линий таллия 552,8 нм, 654,9 нм в различных точках по радиусу (1.8) было получено пространственное распределение концентрации электронов.
Измеренные значения заселённости возбуждённых уровней и электронных концентраций позволяют проверить наличие в МГЛ ионизационного равновесия, т, е. справедливость уравнение Саха (1.13). Поскольку концентрация электронов равна сумме концентраций ионов ртути и таллия: и произведение Ne-Nn+ намного больше Ne-NHg+, т. к. электроны поставляются в разряд в основном таллием, то можно оценить концентрацию электронов на основе баланса Саха следующим образом: где JV-n - концентрация атомов таллия в возбуждённом состоянии, gti+, gi - соответствующие статистические веса, те - масса электрона, АЕ, - энергия ионизации с возбуждённого уровня.
Для фазы, когда ток максимален, в центральной части разряда (r/R 0,35) значения в пределах экспериментальной погрешности совпадают.
Таким образом, было установлено, что хотя для такого сложного объекта, как дуговой разряд при высоком давлении в МГЛ, модель ЛТР неприменима, для центральной части разряда в максимальной фазе тока выполняется баланс Саха для электронной концентрации и засепённостей верхних возбуждённых уровней. Однако вблизи края разряда ионизационного равновесия нет. Этот факт и ряд других эффектов свидетельствует о необходимости дальнейшего тщательного изучения процессов, происходящих в МГЛ, и развития теории формирования контуров линий в плазме сложного состава.
Похожие диссертации на Диагностика плазмы с использованием моделирования и обработки оптических и пространственных спектров
