ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN TRỄ LÊN CƯỜNG ĐỘ PHÁT XẠ VẠCH PHỔ AL I

i

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

NGUYỄN BÁ ĐƯƠNG

ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN TRỄ LÊN
CƯỜNG ĐỘ PHÁT XẠ VẠCH PHỔ AL I (396,252 nm)
KÍCH THÍCH BỞI CHÙM LASER XUNG ĐÔI
Chuyên ngành: Quang học
Mã số: 60 44 01 99

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

Người hướng dẫn khoa học: TS. Trịnh Ngọc Hoàng.

Nghệ An, 2015


ii

LỜI CẢM ƠN
Bản luận văn này được hoàn thành nhờ quá trình nỗ lực của bản thân và sự
hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Trịnh Ngọc Hoàng. Thầy đã đặt bài toán, tận
tình hướng dẫn, luôn quan tâm, động viên và giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian hoàn
thành luận văn. Đối với tác giả, được học tập và nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của
thầy là một niềm vinh dự lớn lao. Nhân dịp này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc
đến thầy giáo TS. Trịnh Ngọc Hoàng về sự giúp đỡ quý báu và nhiệt tình đó.
Em cũng xin phép được cảm ơn các thầy cô đã tham gia giảng dạy, đào tạo tại

lớp Quang học 21, cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Vật lý, Khoa đào tạo Sau đại học,
Ban lãnh đạo Trường Đại học Vinh, Ban lãnh đạo Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật
Long An đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình học tập, nghiên cứu tại cơ
sở đào tạo.
Tôi bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và các anh, chị học
viên lớp Cao học 21 – chuyên ngành Quang học tại Trường Đại học Kinh tế - Kỹ
thuật Long An đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập.
Xin chân thành cảm ơn !

Tác giả


1

Mục lục
Trang tiêu đề .........................................................................................................

i

Lời cảm ơn .............................................................................................................

ii

Mục lục ...................................................................................................................

1

Danh sách từ viết tắt, hình vẽ, bảng, đại lượng vật lý .......................................

2

MỞ ĐẦU.................................................................................................................

5

Chương 1 - KIM LOẠI NHÔM VÀ TƯƠNG TÁC CỦA CHÙM LASER VỚI
KIM LOẠI NHÔM ..........................................................................

8

1.1. Cấu trúc phổ tinh tế của nguyên tử Al I............................................ 8
1.1.1. Đại cương về nguyên tố Al.................................................... 8
1.1.2. Đặc trưng liên kiết (L,S) ........................................................ 13
1.1.3. Sơ đồ cấu trúc phổ tinh tế của nguyên tử Al I ....................... 23
1.2. Tương tác của chùm laser với kim loại Nhôm ................................. 32
Chương 2 - ẢNH HƯỞNG THỜI GIAN TRỄ CỦA CHÙM LASER XUNG ĐÔI
LÊN CƯỜNG ĐỘ PHÁT XẠ VẠCH PHỔ AL I 396,152 nm .....

41

2.1. Sự kích thích nguyên tử AL I ........................................................... 41
2.1.1. Sự hấp thụ và bức xạ năng lượng lượng tử ........................... 41
2.1.2. Cường độ vạch quang phổ phát xạ ........................................ 45
2.1.3. Đặc trưng của trạng thái plasma ............................................ 50
2.2. Cơ sở của kỹ thuật phổ laser phát xạ nguyên tử ............................... 52
2.2.1. Máy quang phổ phát xạ nguyên tử LSS - 1 ........................... 52
2.2.2. Những cơ sở để chọn vạch phổ khảo sát ............................... 56
2.2.3. Độ nhạy phổ........................................................................... 57
2.2.4. Phương pháp phân tích quang phổ phát xạ ........................... 58
2.3. Sự thuộc cường độ phát xạ vạch phổ AL I 396,152 nm vào thời gian trễ

của chùm laser xung đôi .................................................................. 62
KẾT LUẬN ............................................................................................................ 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................

69

PHỤ LỤC ...............................................................................................................

73


2

Danh sách từ viết tắt
Ký hiệu
LIBS
DP LIBS
NIST
fcc
IACS
AO
[L, S]
Laser
Q
Nd: YAG
LSCW
LSDW
I

Diễn giải

laser induced breakdown spectroscopy.
double pulse laser induced breakdown spectroscopy.
National Institute of Standards and Technology.
Face-centered cubic.
International Annealed Copper Standard.
Atomic orbital.
liên kết Russell – Saunder.
Light Amplification by Stimulated Emission of
Radiation.
Q – switching.
Neodymium: Yttrium Aluminium Garnet.
Laser supported combustion wave.
Laser supported detonation wave.
Intensity.

Danh sách hình vẽ
Hình
1.1
1.2
1.3

Tên hình vẽ
Trang
Nguyên tố Al (a) và cấ u trúc nguyên tử Al (b).
8
Thuô ̣c tính về điê ̣n (a) và về độ dẫn nhiệt của Al (b) so với các kim
11
loại khác.
25
Các trạng thái của số hạng 2 P1 , 3 .

1.4

Các trạng thái của số hạng D3

1.5

Các trạng thái của số hạng 2 P1 , 3 .

28

1.6

Các va ̣ch của bước chuyể n tra ̣ng thái 2 S 1 về tra ̣ng thái 2 P1 , 3 .
2
2 2

30

1.7
1.8
1.9
1.10
1.11
1.12
1.13
2.1

Sơ đồ cấu trúc phổ tinh tế mức năng lượng của nguyên tử Al I.
Cấu tạo cơ bản của máy phát laser.

Phương và triǹ h tự của laser trong că ̣p laser xung đôi.
Phương và triǹ h tự của că ̣p laser xung đôi.
Các hiệu ứng của tương tác laser với vật chất.
Tương tác chùm laser xung đơn với kim loại Nhôm.
Mô phỏng tương tác chùm laser xung đôi với mẫu kim loại Nhôm.
Sự hấp thụ và bức xạ năng lượng.

31
32
35
36
37
39
40
42

2 2

2

,5
2 2

.

27

2 2

3

2.2
2.3
2.4

2.5

2.6
2.7

Vạch năng lượng có cùng mức trên.
Vạch năng lượng có cùng mức dưới.
Cấu tạo máy quang phổ phát xạ LSS-1
a – cấu tạo tổng quan của LSS – 1; b – cấu tạo cụm quang - cơ của
LSS – 1.
Sơ đồ quá trình hình thành vạch phổ phát xạ khi sử dụng máy
quang phổ phát xạ LSS – 1.

46
47
54

Đường chuẩn phân tích định lượng.
Sự phụ thuộc của cường độ phát xa ̣ va ̣ch phổ Al I (396,152 nm)
vào thời gian trễ của laser xung đôi:
a – Cường độ vạch phổ mỗi lần đo; b – Cường độ vạch phổ trung
bình.

62

64

55

Danh sách bảng
Bảng
1.1
1.2
1.3
1.4
2.1
2.2
2.3

Tên bảng
Trang
Thuộc tính vật lý của nguyên tử Al.
9
Tỉ lệ phần trăm các nguyên tố trong hợp kim Nhôm D16.
12
Giá trị số lượng tử S tương ứng với số điện tử.
19
Bảng tóm tắt các số hạng trạng thái và mức năng lượng kích thích
28
tương ứng.
Thông số kỹ thuật của máy quang phổ phát xạ LSS-1.
55
Dãy chuẩn của phương pháp đường chuẩn.
61
Số liệu thực nghiệm cường độ vạch quang phổ phát xạ của vạch Al

63
I 396,152 nm tương ứng với thời gian trễ khác nhau.

Danh sách đại lượng vật lý
 n ,l , m

l

n
l
s
ms
J
L
S

Đại lượng

Diễn giải
Orbitan nguyên tử.
Số lượng tử chính.
Số lượng tử quĩ đạo.
Spin.
Số lươ ̣ng tử từ spin.
Momen đô ̣ng lươ ̣ng tổ ng cô ̣ng.
Momen đô ̣ng lươ ̣ng quỹ đa ̣o tổng cộng.
Momen spin tổ ng cô ̣ng.


4


ML
MS

E
EJ , J 1

E0
En
h
c



∆t
Aki , Bki

 ( ki )

Nk, Ni
k
g
f ik

m
k

I
C

a
b
x
T
P
Nj0
Ej
 l

S


Độ bội.
Hình chiế u momen quỹ đa ̣o toàn phầ n.
Hình chiế u của momen spin toàn phầ n.
Năng lươ ̣ng tương tác.
Khoảng cách giữa hai mức liề n kề nhau J và J + 1.
Năng lượng của nguyên tử ở trạng thái cơ bản.
Năng lượng của nguyên tử ở trạng thái kích thích.
Hằng số Plank.
Vận tốc ánh sáng.
Tần số bức xạ.
Bước sóng của bức xạ.
Thời gian trễ giữa hai xung trong một cặp laser xung đôi.
Hệ số Einstein.
Mật độ năng lượng khối.
Số nguyên tử.
Hằng số Boltzman.
Trọng số thống kê.
Hằng số lực.

Khối luowngjk nguyên tử.
Thời gian sống.
Cường độ vạch quang phổ.
Hàm lượng của nguyên tố khảo sát trong mẫu.
Hằng số của điều kiện thực nghiệm.
Hằng số bản chất vật.
Độ ion hóa nguyên tử vì nhiệt.
Nhiệt độ.
Áp suất khí.
Số ion có trong một đơn vị thể tích
Năng lượng ion hoá.
Mật độ quang.
Hệ số hấp thụ.
Độ đen kính ảnh.
Hệ số nhũ tương.