來源

等離子體光譜

從等離子體內(nèi)部發(fā)出的從紅外到真空紫外波段的電磁輻射譜。它攜帶了大量有關(guān)等離子體復(fù)雜的原子過程的信息。利用光譜學(xué)的原理和實驗技術(shù)，并借助于等離子體的理論模型，測量分析等離子體光譜，對于等離子體的研究是有重要意義的。

包括

美國利曼Leeman Prodigy

等離子體光譜主要是線狀譜和連續(xù)譜。線狀譜是等離子體中的中性原子、離子等由其高能級的激發(fā)態(tài)躍遷到較低能級時所產(chǎn)生的，單個粒子發(fā)射的譜線強度主要決定于:①原子或離子的外層電子處于上能級的幾率,②這種電子從上能級躍遷到下能級的躍遷幾率，③光子在逸出等離子體之前被再吸收的幾率。但譜線的總強度與電子和離子的密度和溫度有關(guān)，每條譜線有它自己的強度分布規(guī)律，因此從譜線強度的測量，結(jié)合理論模型和上述光譜中的原子數(shù)據(jù)，可以得到電子、離子的密度、溫度等信息。根據(jù)多普勒效應(yīng)，從譜線波長的移動可確定等離子體的宏觀運動速度。連續(xù)譜是電子在其他粒子的勢場中被加速或減速而產(chǎn)生的。從連續(xù)光譜強度的測量，也可得到電子密度、溫度等數(shù)據(jù)。

變化

等離子體光譜

隨著等離子體溫度的升高，如到達10度以上，原子的外層電子逐漸被剝落，形成各種離子態(tài)的離子，如CⅣ、CⅤ、OⅥ、NⅤ、FeⅪⅩ、TiⅪⅩ（Ⅰ為中性原子，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、…為失去 1、2、3、…個外層電子的離子）等。這些高次電離的離子，其線狀譜大都處在遠紫外波段。連續(xù)譜的情形，也是隨著溫度的升高，其發(fā)射強度的極大值往短波方向移動。對于高溫等離子體，如目前聚變高溫等離子體，其工作物質(zhì)是氫及其同位素氘和氚，但不可避免地會含有一些雜質(zhì)，如C、O、Fe、Ti、Mo、W等元素，溫度已達10度以上，這些雜質(zhì)離子的光譜大部分是在真空紫外及 X射線波段。分析這些較重雜質(zhì)的高次電離譜線的出現(xiàn)時間和位置，比較它們的強度，對這樣高的溫度的等離子體的參量測量、輸運過程和等離子體的輻射損失等的研究都是很重要的。尤其是對類氫、類氦離子的譜線強度的分析，更為有用，因為對于這些離子的原子數(shù)據(jù)較為完全。

形狀

等離子體光譜

等離子體光譜的另一個重要方面，是譜線的形狀或輪廓。光譜線并不是“線”，而是有一定寬度的輪廓。在等離子體光譜中，譜線增寬的機制較復(fù)雜，其中有兩個因素比較重要，就是多普勒效應(yīng)和斯塔克效應(yīng)。等離子體中的各種粒子處于無規(guī)熱運動狀態(tài)，它們相對于觀察者具有各種方向和大小的速度，就會產(chǎn)生多普勒頻移，因此，所發(fā)射的光譜線不再是“線”，而是按波長的某種分布，即譜線“變寬”了，這就是多普勒增寬。多普勒增寬同離子速度分布有關(guān)，如這種離子的速度呈麥克斯韋分布，則與其離子溫度有關(guān)。用多普勒增寬測量高溫等離子體中的離子溫度是一種常用的方法，離子溫度可用下式計算： ，

式中k為玻耳茲曼常數(shù)，Ti為離子溫度，A為所測原子或離子的原子量，墹λ為譜線輪廓在半高度處的寬度。計算時要扣除其他因素引起的增寬。

效應(yīng)

另一個重要效應(yīng)是斯塔克效應(yīng)。等離子體中的每個發(fā)光粒子都處于其他粒子所帶電荷產(chǎn)生的電場中，由于電場的作用，這個粒子所發(fā)射的光譜發(fā)生分裂，這就是斯塔克效應(yīng)。分裂情況同等離子體中的粒子密度有關(guān)。帶電粒子產(chǎn)生的微觀電場是復(fù)雜的，引起各式各樣的斯塔克分裂，疊加的結(jié)果，使光譜線變寬，形成斯塔克增寬。在溫度較低(幾個電子伏)、密度較高（大于10τm ）的等離子體中，常用斯塔克增寬來測量電子密度。的斯塔克增寬理論較為完整，理論指出這類斯塔克增寬譜線輪廓的半高全寬度與成正比，Ne為等離子體的電子密度。

聚變裝置的高溫等離子體往往處于強磁場中，會引起光譜線分裂，這就是光譜學(xué)中熟知的塞曼效應(yīng)。在一些大型聚變裝置中，磁場強度為幾個特斯拉(T),分裂正比于磁場強度B和波長λ的二次方的乘積，如

，

時，則塞曼分裂

。根據(jù)譜線塞曼分裂的大小可推算等離子體中的磁場強度。

輻射

如上所述，測量等離子體的輻射，如譜線強度、譜線輪廓以及譜線的分裂、位移等后，就可以得到等離子體的一些參量，如等離子體成分、溫度、密度等。這方面的工作構(gòu)成等離子體光譜診斷學(xué)，是等離子體診斷學(xué)的一個重要組成部分。

相關(guān)知識

特點

光學(xué)系統(tǒng)：全新豎式光室設(shè)計，全封閉驅(qū)氣型，采用精密溫控恒溫系統(tǒng)，高能量中階梯光柵石英棱鏡交叉色散內(nèi)光路，波長和級次二維色散，所有光學(xué)元件均使用全反射球面鏡，保證高光通量和低圖象失真。

光柵：采用超高分辨干涉刻制技術(shù)，52.91條/mm，63.5?閃耀角

棱鏡：交叉色散，采用雙通過設(shè)計確保成像質(zhì)量，9.5?角，超純紫外熔融石英

波長覆蓋：

全波長覆蓋，Al 167.120nm測試可獲得更高紫外靈敏度，對于K 766.490nm和Na 818.326nm長波同樣性能優(yōu)異

焦距： 383nm，緊湊型光室

分辨率

0.007nm在200nm處的光學(xué)分辨率，采用大衍射角高的光譜級次，在短焦距下可獲得高分辨率

光路：驅(qū)氣型光室，可以是氬氣或者氮氣，驅(qū)氣量

分鐘，典型1L/分鐘即可獲得優(yōu)異的紫外性能，特別對于As和P的測定。外光路設(shè)計，對于垂直炬可選擇觀測高度，對于雙向炬可選擇觀測方式

波長校準：采用C、N和Ar線自動波長校準程序，確保長期波長穩(wěn)定性

光室恒溫：

精密光室恒溫，恒溫速度小于20分鐘檢測器

新一代RACID86電荷注入式檢測器（CID）是高性能的固體成像系統(tǒng)。熱電的CID是能夠傳輸高反差/低噪音圖象的加強型電荷傳輸器件，它可以對分析范圍內(nèi)的所有波長進行定性定量，而決無電荷溢出（Blooming）現(xiàn)象。

檢測器模式：隨機讀取積分（RAI）

經(jīng)選擇的分析波長以最佳信噪比的方式同時積分，這樣光所產(chǎn)生的電荷量可以保持在CID的線性范圍內(nèi)。它是利用了CID所獨有的非破壞性讀取(NDRO) 功能而獲得的。NDRO 允許觀測任意曝光點的任何像數(shù)單元上的信號。在這種方式下，像數(shù)與像數(shù)之間的讀出頻率隨著發(fā)射強度的實時觀測而各不相同，因而得到最寬的動態(tài)范圍線性。

陣列尺寸： 291,600個獨立尋址檢測單元，

陣列連續(xù)覆蓋所有可用波長

像數(shù)尺寸：

量子化效率： 200nm紫外區(qū)可達65%以上

石英窗：前置成角度封閉式石英窗，提高CID可靠性并降低雜散光

檢測器冷卻：高效三級半導(dǎo)體制冷，制冷溫度-45℃，冷卻時間小于3分鐘，氣體和冷卻水安全連鎖

等離子體觀測：

觀測方式

垂直觀測：等離子體使用高效氟化鎂涂層鏡子以垂直模式直接觀測。入射光經(jīng)封閉驅(qū)氣的外光路，防腐蝕并可獲得最佳的紫外區(qū)光譜性能。觀測高度可以由軟件自動最佳化，也可由操作者進行選擇。

雙向觀測：等離子體可以水平觀察以適應(yīng)于最低檢出限的應(yīng)用要求，通過附加的垂直觀測方式減少基體效應(yīng)。兩種觀察方式可以由計算機全自動控制。觀察方式的選擇可以是全垂直、全水平或根據(jù)譜線靈活選擇。

自動準直水平觀測中心通道。

獨特的SiN錐接口技術(shù)有效去除尾焰，并且保持良好的紫外性能。

等離子體源：固態(tài)RF發(fā)生器

頻率： 27.12MHz

操作模式：全自動軟件控制點火與操作，直接耦合變頻阻抗控制自動調(diào)諧。功率穩(wěn)定性優(yōu)于0.1%

功率輸出：

(確認值1500)，計算機控制連續(xù)可調(diào)

輸出效率：大于78%，適用于包括甲醇等有機樣品在內(nèi)的各種樣品分析

冷卻方式：水冷和風冷

進樣系統(tǒng)：

霧化器：玻璃同心圓霧化器

SeaSpray高鹽霧化器、V型槽霧化器、耐HF酸霧化器和超聲霧化器可選配

霧化室：玻璃漩流霧化室，配置垂直和水平不同的連接管

蠕動泵：高精度12滾輪3通道蠕動泵，0-125轉(zhuǎn)/分鐘連續(xù)可調(diào)。當?shù)入x子體熄火時處于Standby狀態(tài)防止泵管損壞。

炬管

：配置1.5mm垂直或2.0mm水平中心管的可拆卸式石英炬管?？蛇x配1.0，1.5，2.0mm石英中心管和2.0mm耐HF酸剛玉中心管。預(yù)準直卡式炬管設(shè)計，方便快速更換，無需拆卸冷卻氣和輔助氣氣管。

氣體控制：霧化器氣體，冷卻氣和輔助氣三路獨立氣體控制

霧化器氣體：采用MFC質(zhì)子流量計控制，連續(xù)可調(diào)。

冷卻氣： 12L/分鐘

輔助氣： 0，0.5，1.0，1.5L/分鐘可調(diào)

操作系統(tǒng)：Microsoft WindowsTM 2000或XP

iTEVA軟件：iCAP6000系列的iTEVA操作軟件提供對儀器所有功能全控制，包括等離子體點火，氣體流量，觀測方式和安全連鎖的監(jiān)控。

日常分析軟件：在任何像數(shù)位置或指定的子陣列區(qū)域中進行定量分析

自動或手動實時背景校正點選擇

缺省的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和全過程程序的執(zhí)行

對于垂直觀測，用戶可選等離子體觀測區(qū)域或全自動最佳化

分析過程中子陣列數(shù)據(jù)采集，用于條件優(yōu)化后的數(shù)據(jù)后處理

多重光譜圖疊加顯示方式，簡化方法的開發(fā)

全譜“指紋”攝譜研究模式：

拍攝整個發(fā)射光譜或部分譜圖，以彩色或灰度顯示發(fā)射強度，2D線性或?qū)?shù)（強度與波長）顯示

全譜線或峰值識別，全互動式譜線庫，評價潛在的譜線干擾，進行元素定性分析

同一材料的全譜圖比對和基體或空白的減扣模式

自動進樣器模式：全兼容自動進樣器使得無人操作和關(guān)機。基于HTML樣品文件，靈活控制定制樣品放置位置。

質(zhì)量控制檢查：針對于QC表，自動檢查QC樣確保整個測試過程的重復(fù)性和準確度

校正模式：多點校正曲線，每條校正曲線的標準點不受無限制

可選擬合類型：線性，曲線, 全擬合，

曲線擬合顯示：線性或?qū)?shù)，自動調(diào)節(jié)量程

報告軟件：標準報告格式，用戶可根據(jù)樣品名稱、方法名稱、日期、時間、元素、濃度、強度、平均值、標準偏差、相對標準偏差等來過濾報告輸出。使用第三方軟件定制報告生成，兼容SQL服務(wù)器，DDE-格式數(shù)據(jù)庫等無限制數(shù)據(jù)庫功能

可選格式：分析數(shù)據(jù)可以復(fù)制到商用用戶數(shù)據(jù)管理器，如電子表格，Word文字處理，圖形程序等。

兼容附件：iCAP 6300可以兼容包括標準進樣系統(tǒng)、有機和揮發(fā)性有機進樣系統(tǒng)、高鹽進樣系統(tǒng)和耐HF酸進樣系統(tǒng)在內(nèi)的所有進樣附件包。另外兼容：

自動進樣器： Cetac ASX260、ASX520、EXR-8智能化自動進樣器

超聲霧化器： Cetac U5000AT+，對于水樣的靈敏度可提高10-15倍

氫化物發(fā)生器：在線-氫化物組件分樣品、硼氫化鈉和廢液獨立通道，可 使As、Sb、Bi、Hg、Sn和Te的靈敏度提高8-10倍