Các phương pháp chuẩn đoán plasma pot

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ
NHIÊN
NHIÊN
KHOA VẬT LÝ
KHOA VẬT LÝ
BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG
BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG
HVTH:
HVTH:
Nguyễn Đăng Khoa
Nguyễn Đăng Khoa
Lê Thị Lụa
Lê Thị Lụa


Lý Ngọc Thủy Tiên
Lý Ngọc Thủy Tiên


Trần Thị Mỹ Hạnh
Trần Thị Mỹ Hạnh


Nguyễn Thanh Tú
Nguyễn Thanh Tú
GVHD
GVHD
:
:

PGS. TS. Lê Văn Hiếu
PGS. TS. Lê Văn Hiếu
Địa chỉ bạn đã tải:
/>Địa chỉ bạn đã tải:
/>Nơi bạn có thể thảo luận:
/>Nơi bạn có thể thảo luận:
/>Dịch tài liệu trực tuyến miễn phí
:
/>Dịch tài liệu trực tuyến miễn phí
:
/>Dự án dịch học liệu mở
:
/>Dự án dịch học liệu mở
:
/>Liên hệ với người quản lí trang web
:
Yahoo:
Gmail:
Liên hệ với người quản lí trang web
:
Yahoo:
Gmail:
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VL
PLASMA
•
1845:từ “Plasma” đươc phát biểu với ý
nghĩa sinh vật học
•

1923: Langmuir và Tolk gọi chất khí ở
trạng thái dẫn điện là plasma

•
1667,nhà bác học Floreltre phát hiện ra
ngọn lửa đèn có tính dẫn điện.
•
1698,tiến sĩ Volt người Anh phát hiện hiện
tượng phóng tia lửa điện trong không khí
khi nghiên cứu sự nhiễm điện của hổ
phách
•
Đầu thế kỉ XIX,giáo sư Pétro đã phát minh
ra hồ quang
•
Irving Langmuir (1881
-1957) là nhà khoa học Mỹ
đầu tiên nghiên cứu về trạng
thái plasma, người được coi
là cha đẻ của vật lý plasma.
•
Năm 1920, Langmuir mô tả
thí nghiệm tạo ra khối cầu
phát sáng có đặc tính dường
như giống sét hòn.
•
Năm 1924, ông đưa ra khái
niệm nhiệt độ điện tử và phát
minh ra phương pháp chẩn
đoán mật độ và nhiệt độ

plasma bằng đầu dò điện.
•
Năm 1940, Hannes
Alfvén đã chứng
minh rằng một loại
chuyển động tập thể
mới, gọi là “sóng từ-
thủy động lực học” có
thể được sinh ra
trong các hệ plasma.
Các sóng này đóng
một vai trò quan
trọng xác định tính
chất của plasma.
KHÁI NIỆM PLASMA
Theo định nghĩa của Langmuir, plasma là “một
tập hợp” các hạt mang điện và các hạt trung
hòa phải thỏa mãn:
1. Điều kiện gần trung hòa:
2. Bán kính Debye phải nhiều lần nhỏ hơn kích
thước của miền chứa tập hợp đó:
, ,
0
e i e i
Z n ≈
∑
D
r L=
Một số dạng Plasma
TỔNG QUAN VỀ CHẨN ĐOÁN PLASMA

•
Chẩn đoán plasma là nghiên cứu các hiện tượng vật lý tiến
triển bên trong plasma, từ đó suy ra các tính chất của
plasma.
•
Phương pháp chẩn đoán plasma là các phương pháp đo
nhiệt độ, mật độ, thành phần plasma.
•
Khó khăn trong việc thiết lập mô hình lý thuyết
•
Phải tiến hành chẩn đoán bằng nhiều phương pháp khác
nhau trên cùng một đối tượng
Ví dụ chẩn đoán plasma trong
tokamak
Plasma
Đầu dò từ
Tán xạ
Thomson
Đầu dò langmuir
Phân tích quang
phổ phát xạ
Giao thoa kế
Microwaves
Phân tích năng
lượng ion
Quay phim tốc độ
cao
Tán xạ chùm
laser

Các phương pháp chẩn đoán
Các phương pháp chẩn đoán
Chẩn đoán
Chẩn đoán
Thông số plasma
Thông số plasma
Đầu dò langmuir Nhiệt độ plasma, nồng độ, thế plasma
Phân tích quang phổ phát xạ nhiệt độ, nồng độ, thành phần plasma
Chẩn đoán chùm nơtron nhiệt độ ion
Giao thoa kế viba nồng độ electron
Quay phim tốc độ cao hình ảnh plasma
Tán xạ thomson Nồng độ và nhiệt độ electron
Tán xạ chùm laser
….
I. Nguyên tắc kích thích phổ phát
trong plasma
•
Plasma, khi bị nung nóng đến nhiệt độ khá
cao thì trở thành nguồn bức xạ rất mạnh.
Các dạng va chạm khác nhau giữa các
hạt trong plasma là nguyên nhân gây ra
sự phát xạ tia năng lượng, và chính đồng
thời sinh ra phổ phát xạ.
II. Các quá trình sinh ra các phát
xạ năng lượng:
•
1. Bức xạ gián đoạn
•
2. Sự bức xạ tái hợp

•
3. Sự bức xạ hãm
1. Bức xạ gián đoạn:
•
Các nguyên tử và các ion của
plasma bị kích thích sẽ bức xạ
photon
•
Quang phổ bức xạ của chúng
là những quang phổ vạch.
•
Phổ vạch là phổ phát xạ của
các nguyên tố hóa học hầu
như thường nằm trong vùng
phổ từ 190-1000nm (vùng
UVVIS). Chỉ có một vài nguyên
tố á kim hay kim loại kiềm mới
có một số vạch phổ nằm ngoài
vùng này.
2. Sự bức xạ tái hợp:
•
Sự bức xạ tái hợp sinh ra
khi ion thu nhận điện tử.
•
Sự tái hợp giữa ion âm
và điện tử và với ion
dương sẽ làm giảm ion
âm
•
Trong quá trình tái hợp,

các photon được bức xạ
tạo ra quang phổ liên tục.
Hình ảnh của phổ mặt trời
2. Sự bức xạ tái hợp:
•
Sự tái hợp là quá trình nghịch của quá
trình ion hoá.
3. Sự bức xạ hãm:
•
Do sự va chạm giữa các điện tử với các
ion nặng, điện tử bị mất một phần năng
lượng của mình, phần năng lượng này
phát xạ ra dưới dạng lượng tử ánh sáng.
Bức xạ sinh ra khi có sự va chạm của
điện tử với nguyên tử hoặc ion dương
nặng, gọi là bức xạ hãm.
•
Bức xạ hãm sẽ sinh ra quang phổ liên tục
III. Mối quan hệ giữa cường độ, nhiệt độ, mật
độ hạt trong plasma:
•
Trong plasma, nguyên tử (A
o
) của một nguyên tố được kích thích từ
trạng thái năng lượng thấp E
o
, lên trạng thái năng lượng cao A
m

được biểu diễn theo phương trình:

A
o
+ XE = A* (a)
•
Sau một thời gian,nguyên tử đã bị kích thích A* trở về trạng thái có
mức năng lượng thấp hơn sẽ phát xạ ra lượng tử năng lượng:
A* = hv + A
o
(b)
III. Mối quan hệ giữa cường độ, nhiệt độ,
mật độ hạt trong plasma:
•
Nếu gọi N
m
là số nguyên tử của nguyên tử A
o
đã
bị kích thích đến trạng thái năng lượng cao A
m
,
thì theo quy luật Bolzamann ta có:
N
m
= N
a
(g
m
/ g
0
) . exp ( -ΔE

mo
/k T)
Nếu gọi I
a
là cường độ của vạch phổ do quá trình kích
thích phổ đã nói ở trên sinh ra,ứng với một nhiệt độ plasma
nhất định ,I
a
phụ thuộc vào:
- Số nguyên tử Ao đã bị kích thích
lên trạng thái A*, (N
m
).
- Thời gian tồn tại của nguyên tử
A* ở trạng thái kích thích, (t
m
).
- Năng lượng kích thích nguyên
tử A từ trạng thái cơ bản đến
trạng thái kích thích, (E
m
= hν).
- Xác suất chuyển mức của
nguyên tử A từ trạng thái kích
thích năng lượng Am về trạng
thái ban đầu năng lượng E
o
,
(A
mo

).
I
a
= f. (1/t
m
). A
mo
.E
m
. N
m
↔ I
a
= f. (l/t
m
) . A
m0
.N
a
(g
m
/ g
0
).
hν. exp ( -ΔEmo/k T)
Đối với một loại nguyên tử và trong một nhiệt độ plasma nhất định thì
các yếu tố Amo, go, gm, Cm, hv là những hằng số.
I
a
chỉ phụ thuộc vào N

a
I
a
=k N
a
Với: k = f. (l/t
m
) . A
m0
(g
m
/ g
0
) hν. exp ( -ΔE
mo
/k T)
Như vậy đối với quang phổ nguyên tử, ứng với nhiệt
độ nhất định của plasma, ta tìm được cường độ của
phổ, ta có thể tìm được mật độ các nguyên tử trong
plasma (Na).