بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش تأثیر اعمال میدانهای مغناطیسی مختلف 0,74- 1,12 - تسلا - تولید شده توسط دو مگنت متحرک Nd-Fe-B برپلاسمای القائیده لیزری نمونهی مس مطالعه و بررسی شدهاست. نتایج حاصل بهبود شدت خطوط طیفی - اتمی و یونی - پلاسمای شکل گرفته را با افزایش شدت میدان مغناطیسی خارجی اعمال شده نشان میدهد. محصورشدگی فضایی پلاسما که در اثر اعمال میدان مغناطیسی اتفاق میافتد، چگالی الکترونی و دمای پلاسما را به نحو چشمگیری افزایش میدهد.
کلید واژه- پلاسمای القائیدهی لیزری، میدان مغناطیسی، نمونهی مس، محصورشدگی
مقدمه
بینابنمایی فروشکست القایی لیزری - LIBS - 1 یک ابزار تشخیصی قدرتمند جهت آنالیز عنصری مواد میباشد که اصول عملکردی آن بر مبنای بینابنمایی خطوط اتمی و یونی تابش ناشی از پلاسمای القائیدهی نمونه استوار است. توانایی آنالیز همزمان چند عنصری، سریع و آنی بودن پاسخ از قابلیتهای منحصر بفرد این روش بوده که باعث توسعه کاربرد آن در سالهای اخیر شدهاست. به دلیل وجود اتمها، یونها و الکترونهای آزاد در پلاسمای تولیدشده و اثرات متقابل هر یک بر دیگری، تابش ایجاد شده از دو بخش عمدهی تابش پیوستار - نوفه - و تابش خط - سیگنال - تشکیل شدهاست. روشهای متنوعی نظیر ، تغییر دمای نمونه، استفاده از گاز محیطی و...برای افزایش نسبت سیگنال به نوفهی پیوستار زمینه SNR4 پیشنهاد شدهاست.
اعمال میدان مغناطیسی خارجی بر پلاسمای القائیدهی لیزری یکی دیگر از این روشها میباشد. از آنجایی که اعمال میدان مغناطیسی خارجی مشخصههای دینامیکی و سینیتیکی پلاسمای حاصل را تغییر میدهد، میتوان از آن برای کنترل خواص دینامیکی پلاسمای زود گذر و پر انرژی استفاده نمود. در این پژوهش تأثیر اعمال میدان مغناطیسی خارجی بر تغییر پارامترهای عملکردی پلاسما نظیر دما و چگالی الکترونی و همچنین تحولات فضایی گسترش پلاسما و چگونگی محدود شدن آن در اثر اعمال میدان بررسی و تحلیل شدهاست.
مواد و روش
در این پژوهش از دو قطعه آلیاژ مغناطیده Nd-Fe-B جهت تولید میدان مغناطیسی استفاده شد. از آنجا که تغییر فاصله ی بین دو قطعه مغناطیده سبب تغییر شدت میدان مغناطیسی ایجادشده میشود، ریل متحرکی با قابلیت تغییر دادن فاصلهی بین مگنتها، طراحی و ساخته شد. با استفاده از امکان جابجایی ایجاد شده میدانهای مغناطیسی با شدتهای متنوع 1,12، 0,98، 0,86 و 0,74 تسلا تولید شد. طرحوارهی این ریل متحرک در شکل 1 نشان داده شدهاست.
از هارمونیک اصلی لیزر -Qسویچ Nd:YAG با پهنای پالس 25ns، انرژی 188 mJ و نرخ تکرار 1 Hz جهت تولید پلاسمای القائیدهی لیزری نمونه مس - با در صد خلوص - %99 استفاده شدهاست. آشکارساز بکار رفته در این چیدمان دوربین ICCD مدل DH 334T ساخت کمپانی Andor جفت شده با اسپگتروگراف مشل با توان تفکیک 0,01 nm در محدودهی طیفی می باشد. داده برداری با اعمال زمان تأخیر 2 ʽs و پنجرهی زمانی نورگیری 5 ʽs ثبت شدهاست. به منظور افزایش دقت نتایج و همچنین کاهش خطای ناشی از وجود اثر ماتریکس اندازهگیریها 7 بار تکرار و از میانگین دادهها برای تحلیل نتایج استفاده شدهاست.
طرحواره ریل متحرک طراحیشده بهمنظور جابجایی مگنتها تئوری
پارامترهای پلاسما دما و چگالی از مهمترین پارامترهای پلاسمای القائیدهی لیزری به شمار میروند. در این پژوهش تغییرات دما و چگالی پلاسمای القائیدهی لیزری نمونهی مس در حضور و عدم حضور میدانهای مغناطیسی متنوع بررسی شدهاست.
مطابق رابطهی ، جمعیت ترازهای برانگیخته با فرض برقراری شرط تعادل ترمودینامیکی موضعی - LTE - 5 از تابع توزیع بولتزمن پیروی میکنند.U - T - و N - T - نیز به ترتیب تبهگنی ترازها، انرژی تراز بالاتر، دمای الکترونی، ثابت بولتزمن، تابع پارش و چگالی الکترونی میباشند. با ترسیم کمیت سمت چپ معادلهی فوق برحسب Em و محاسبهی شیب آن میتوان دمای الکترونی را محاسبه کرد. همچنین برای محاسبهی چگالی الکترونی از پهنشدگی اشتارک خطوط طیفی که پهنشدگی غالب در پلاسمای القائیدهی لیزری است، استفاده شده است.
یونها و الکترونهای موجود در پلاسمای القائیدهی لیزری با مولفههای میدان مغناطیسی خارجی بواسطهی نیروی لورنتس برهم کنش میکنند. با توجه به رسانا بودن محیط پلاسما، در اثر اعمال میدان مغناطیسی مطابق با قانون لنز جریان داخلی دیامغناطیس برای مقابله با نفوذ میدان مغناطیسی ایجاد میشود. این جریان داخلی با میدان مغناطیسی خارجی برهمکنش کرده و شتاب گرفتن ذرات باردار پلاسما را ناشی میشود. چگالی الکترونی القایی از رابطهی ذیل محاسبه میشود.
