کانون پلاسما






لوله های شوک:‏


این لوله ها در اصل برای مسائل آئرودینامیک ساخته شده بودند.اما حال به صورت یک منبع طیف ‏نمایی بسیار مفید در آمده اند. یک موج شوک ( در حالت لوله شوک فشار واداشته ) از ترکیدن یک ‏میان بند بین ناحیه با گاز سبک فشار زیاد و ناحیه های با گاز سنگین تر فشار کم عبور می کند. در ‏پشت سر خود ناحیه ای تقریبا یکنواخت از گاز گرم با دمای چند هزار درجه فشار چند اتمسفر فشار ‏باقی می گذارد. که برای هر نقطه مورد مشاهده معینی ، شاید تا چند هزارم ثانیه دوام یابد.

دما و فشار گاز شوک دیده ، قابل مقایسه با یک قوس ( یا در حالت یک شوک کم دما ، با یک شعله) ‏است، اما مزیت این منبع در این است که دارای ناحیه همگن نسبتا وسیعی است که در آن می توان دما ‏و فشار را مستقیما اندازه گیری و کنترل کرد. زمان گذار، به منظور تفکیک زمانی آسان ، به حد کافی ‏طولانی است.

طیف های اتم ها و یا مولکول های گاز شوک دیده ، و یا طیف اتم هایی که به صورت ‏پودر جامدات وارد سده اند می توانند در حالت نشر یا ، با استفاده از یک درخش مناسب به عنوان ‏زمینه ، در حالت جذب بررسی شوند. اثر گرمایش می تواند با بازتاب موج شوک از انتهای لوله به دو ‏برابر افزایش یابد. ‏‎ ‎

لوله های تخلیه:‏


لوله تخلیه تنگیده نمونه دیگری از وسایلی است که در آن تخلیه تنگیده روی می دهد و برای منظور کاملا متفاوتی ایجاد شده است ( در مورد ‏واکنش های گرما هسته ای کنترل شده )، اما کاربردهای مفیدی در طیف نمایی پیدا کرده است. کار این ‏منبع بر این اساس قرار دارد که میدان مغناطیسی وابسته به ضربه ای از جریان شدید می تواند برای ‏فشردن سریع یک ستون از گاز یونیزه ، به طرف محور مورد استفاده قرار گیرد.

با کامل شدن عمل ‏رمبش ، سرعت های شعاعی منظم در اثر برخوردها به سرعت های کاتوره ای یا گرمایی تبدیل می ‏شوند. که حاصل آن ستون باریکی از گاز خیلی گرم است که قبل از گسترش و سرد شدن تا چند میکرو ‏ثانیه پایدار می ماند.

درجه بالای یونش حاصل در تنگه و مدت زمان کوتاه دوام ، آن را قابل مقایسه با جرقه می کند. اما ‏از آنجایی که پلاسما دارای ابعاد سانتی متری ( به جای کسری از میلی متر ) و خواصی به حد زیاد ‏قابل کنترل و تولید مجدد است. لذا این منبع می تواند برای بررسی فرآیندهای اتمی نظیر تعریض طیفی ‏نیز به کار می رود.

مکانیزم عمل تخلیه تنگیده:


طرز کار یک تخلیه تنگیده را می توان به وسیله تنگه خطی نشان داد. مخزنی از ‏خازن ها شامل تعداد زیادی خازن های موازی تا چند کیلو وات پرشده ، و انرژی ذخیره شده حدود چند ‏صد یا هزار ژول ، در داخل گازی کم فشار ( در حدود میلی تور یا یک تور ) بین الکترودهای واقع در ‏دو انتهای لوله استوانه ای تخلیه ، به طور یک متر یا در این حدود ، تخلیه می شود. ضریب القای تمامی مدار بسیار پایین نگه داشته می شود. به طوری که عمل تخلیه فقط در عرض چند ‏میکرو ثانیه انجام می گیرد و دامنه جریان در حدود 5 1.0 آمپر است.

خطوط نیروی وابسته به میدان ‏مغناطیسی دوایری هم مرکز با محور لوله تخلیه اند. بنابراین ، ذرات باردار شده به طور شعاعی به ‏طرف محور رانده می شوند. مقادیر نوعی برای دما و چگالی الکترون در تنگی ماکزیمم به ترتیب ‏برابر ‏‎°K‏ 105 و 1017cm-3( 1023cm-3 ) اند، اما با انتخاب مناسبی از پارامترهای مدار و فشار گاز می توان دما را تا دو مرتبه مقداری و تا چهار مرتبه مقداری تغییر داد.

کاربرد لوله تخلیه تنگیده:


در یک تنگه – z به سادگی می توان مراحل یونش را تا تقریبا مرحله ششم به دست آورد. یونش ‏های مراحل بالاتر را می توان از یک تنگه – θ به دست آورد، که در آن دما یک مرتبه مقداری بالا‏تر است. اساس کار در این روش مشابه تنگه – z است. با این تفاوت که مشخصات هندسی جریان و ‏میدان مغناطیسی جابه جا شده اند.

خازن در پیچکی واقع در دور لوله تخلیه خالی می شود. جریان ‏پلاسمای القایی در جهت θ جریان می یابد و میدان مغناطیسی درامتداد محور قرار دارد. به طوری که ‏ذرات باردار دوباره در امتداد شعاع به طرف داخل کشیده می شوند.‏

کانون پلاسمایی:‏


نوعی تخلیه تنگیده برای ثبت طیف های نوری با کوتاه ترین طول موج و بالا ترین مرحله یونش با جرقه خلا رقابت می کند. انرژی ذخیره شده ( حدود چندین هزار ژول ) از یک خازن بزرگ که تا 30 ‏ولت یا در این حدود پر شده است، در عرض چند هزارم ثانیه تخلیه می شود و جریانی با قله از مرتبه ‏‏10 آمپر را ایجاد می کند. اما در این حالت الکترودها استوانه های هم محوریند که برای تشکیل یک ‏تفنگ پلاسمای انتهای باز آرایش یافته اند و جریان تخلیه به طرف انتهای باز رانده می شود.

بنابراین با رمبش رشته ای با چگالی انرژی فوق العاده بالا ، با دمایی از مرتبه ev 1000 را به ‏وجود می آورند. این انباشته با دمای بالای پلاسما دارای حجمی در حدود 0.01cm3 و فقط 10/1 ‏میکروثانیه دوام دارد. اما چگالی الکترون ، برای ایجاد یونشی با درجه بالا در این زمان ، به حد کافی ‏بزرگ است (در حدود 1019cm3). طیف های حاصل هم از ماده الکترود و هم از گاز محتوی ناشی ‏می شوند. به عنوان مثال ، خطوط طیفی هلیوم و هیدروژن گونه آرگون 16تا 17 بار یونیده و بین 3 ‏و 4 آنگستروم ، با این وسیله عکس برداری شده اند.‏

پلاسمای تولید شده از لیزر:‏


پلاسمایی با گستره دمایی ( ev 5000- 500 ) اما با چگالی الکترونی خیلی بالا تر 1020cm-3 یا ‏بیشتر ، را می توان با کانونی کردن لیزر ضربه عظیم سویچ زنی Qی نئودینیوم یا یاقوت در روی یک ‏هدف جامد با لیزری به قدرت قله در حدود 100 مگاوات به دست آورد.

علیرغم عمر کوتاه ( پلاسما فقط چند نانو ثانیه ) به سبب چگالی الکترونی بالا ، مراحل یونشی در ‏گستره 12 تا 15 حاصل می شوند. چنین پلاسمایی به ویژه برای مطالعه مراحل یونش بالای فلزات ، ‏به کار رفته به عنوان ماده هدف ، مفید است، در صوری که در تخلیه تنگه ، طیف های به دست آمده ‏عمدتا مربوط به یونهای گاز محتوی لوله تخلیه است.‏

مباحث مرتبط با عنوان:




تعداد بازدید ها: 16160