Bài Giảng Các Phương Pháp Chẩn Đoán Plasma

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG GVHD: PGS TS Lê Văn Hiếu HVTH: Nguyễn Đăng Khoa Lê Thị Lụa Lý Ngọc Thủy Tiên Trần Thị Mỹ Hạnh Nguyễn Thanh Tú Địa bạn tải: http://mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/Semina%20tren%20lop/semin Nơi bạn thảo luận: http://myyagy.com/mientay/ Dịch tài liệu trực tuyến miễn phí: http://mientayvn.com/dich_tieng_anh_chuyen_nghanh.html Dự án dịch học liệu mở: http://mientayvn.com/OCW/MIT/Co.html Liên hệ với người quản lí trang web: Yahoo: thanhlam1910_2006@yahoo.com Gmail: frbwrthes@gmail.com LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VL PLASMA • 1845:từ “Plasma” đươc phát biểu với ý nghĩa sinh vật học • 1923: Langmuir Tonks gọi chất khí trạng thái dẫn điện plasma LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VL PLASMA • 1667,nhà bác học Floreltre phát lửa đèn có tính dẫn điện • 1698,tiến sĩ Volt người Anh phát hiện tượng phóng tia lửa điện không khí nghiên cứu nhiễm điện hổ phách • Đầu kỉ XIX,giáo sư Pétro phát minh hồ quang LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VL PLASMA Irving Langmuir (1881 -1957) nhà khoa học Mỹ nghiên cứu trạng thái plasma, người coi cha đẻ vật lý plasma Năm 1920, Langmuir mô tả thí nghiệm tạo khối cầu phát sáng có đặc tính dường giống sét Năm 1924, ông đưa khái niệm nhiệt độ điện tử phát minh phương pháp chẩn đoán mật độ nhiệt độ plasma đầu dò điện LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VL PLASMA • Năm 1940, Hannes Alfvén chứng minh loại chuyển động tập thể mới, gọi “sóng từ-thủy động lực học” sinh hệ plasma Các sóng đóng vai trò quan trọng xác định tính chất plasma KHÁI NIỆM PLASMA Theo định nghĩa Langmuir, plasma “một tập hợp” hạt mang điện hạt trung hòa phải thỏa mãn: Điều kiện gần trung hòa: ∑Z n ≈0 e ,i e ,i Bán kính Debye phải nhiều lần nhỏ kích thước miền chứa tập hợp đó: rD = L Một số dạng Plasma TỔNG QUAN VỀ CHẨN ĐOÁN PLASMA • Chẩn đoán plasma nghiên cứu tượng vật lý tiến triển bên plasma, từ suy tính chất plasma • Phương pháp chẩn đoán plasma phương pháp đo nhiệt độ, mật độ, thành phần plasma • Khó khăn việc thiết lập mô hình lý thuyết • Phải tiến hành chẩn đoán nhiều phương pháp khác đối tượng Tầng điện ly (ionosphere) Tầng điện ly tầng khí tác dụng Mặt Trời bị ion hóa Plasma tầng điện ly có loại hạt: trung hòa, ion electron Cấu trúc tầng điện ly Tần số plasma ne: nồng độ electron M: khối lượng electron e: điện tích electron Sự lan truyền sóng điện từ plasma •Nếu tần số sóng điện từ ffp sóng truyền qua plasma Sóng vô tuyến có tần số thấp nên bị phản xạ tầng điện ly để chẩn đoán plasma tầng điện ly người ta thường dùng sóng vô tuyến Sự phản xạ dùng để chiều cao nồng độ tầng điện ly • Tầng điện ly gồm nhiều lớp, tần số sóng lớn bị phản xạ lớp cao ngược lại • Phát tín hiệu sóng vô tuyến có tầng số xác định lên tầng điện ly thu lai tín hiệu phản xạ ta xác định nồng độ plasma Lower frequency Higher frequency Giới thiệu số phép chẩn đoán Một máy phát sóng vô tuyến phát sóng lên tầng điện ly Một máy thu thu nhận tín hiệu phản xạ Tín hiệu thu xử lý dạng phổ Dưới ví dụ minh họa Đồ thị gồm trục, trục tần số trục lượng Nồng độ Nồng độ vùng plasma tỉ lệ với tổng lượng phản xạ trở Đồ thị gây vùng có nồng độ plasma cao, Đồ thị tương ứng với vùng có nồng độ thấp Nhiệt độ ion Vận tốc ion tỉ lệ với độ rộng tín hiệu, Điều gây hiệu ứng mở rộng vạch phổ Doppler Nhiệt độ Ion tính từ vận tốc khối lượng theo công thức m v2 = k T m – khối lượng ion v – vận tốc ion k – số Boltzmann (1.38 * 10-23 J/K) T – nhiệt độ ion ( K) Cool Ions Hot Ions Nhiệt độ Electron Nhiệt độ electrons thường cao nhiệt độ ion Liên hệ nhiệt độ chúng tương ứng với liên hệ đỉnh phổ chỗ lõm đồ thị Cool electrons Hot electrons Tán xạ Thomson • • • Tán xạ Thomson tán xạ photon ánh sáng với electron tự plasma Dựa vào số photon bị tán xạ ta biết nồng độ electron có plasma Bộ phận thu (detector) ghi nhận số photon bị tán xạ xử lý cho hình ảnh phổ Độ mở rộng phổ theo hiệu ứng dopper cho biết vận tốc electron từ suy nhiệt độ electron Sợ đồ chẩn đoán Bố trí thí nghiệm tán xạ Thomson phòng thí nghiệm Polydiagnostic (Hà lan) Tán xạ Rayleigh Raman • Tán xạ Rayleigh tán xạ photon ánh sáng với hạt nặng (ion, nguyên tử) plasma • Tán xạ raman: phân tử làm tán xạ photon nguyên tử, nhiên phân tử phải xét đến lương quay hay dao động, phổ tán xạ có nhiều đỉnh • Cách tiến hành chẩn đoán tương tự tán xạ Thomson, sở phổ thu ta xác định nhiệt độ nồng độ hạt nặng Phổ tán xạ Raman Rayleigh Phương pháp LIF - Laser Induced Fluorescence Plasma power meter beam dump Diode or Dye Laser collection optics Detector fiber bundle • Sử dụng nguồn sáng laser để kích thích nguyên tử mức lượng , số nguyên tử nhận lượng để chuyển lên mức kích thích cao sau xạ ánh sáng huỳnh quang với số bước sóng định •Bức xạ huỳnh quang thu nhờ detector xử lý máy tính, dựa phổ thu ta xác định nồng độ hạt •Nguồn laser thường dùng laser màu (330-900 nm) laser NdYAG laser (~380-900 nm) Sơ đồ kích thích thủy ngân Nguồn laser bơm có bước sóng 546.1 nm (màu đỏ), Tín hiệu huỳnh quang LIF 435 nm 405 nm ... đó: rD = L Một số dạng Plasma TỔNG QUAN VỀ CHẨN ĐOÁN PLASMA • Chẩn đoán plasma nghiên cứu tượng vật lý tiến triển bên plasma, từ suy tính chất plasma • Phương pháp chẩn đoán plasma phương pháp đo... LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VL PLASMA • 1845:từ Plasma đươc phát biểu với ý nghĩa sinh vật học • 1923: Langmuir Tonks gọi chất khí trạng thái dẫn điện plasma LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VL PLASMA • 1667,nhà bác... độ plasma, nồng độ, 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