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 hoàn thành nhờ trình nỗ lực thân hướng dẫn tận tình thầy giáo TS Trịnh Ngọc Hoàng Thầy đặt toán, tận tình hướng dẫn, quan tâm, động viên giúp đỡ tác giả suốt thời gian hoàn thành luận văn Đối với tác giả, học tập nghiên cứu hướng dẫn thầy niềm vinh dự lớn lao Nhân dịp này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Trịnh Ngọc Hoàng giúp đỡ quý báu nhiệt tình Em xin phép cảm ơn thầy cô tham gia giảng dạy, đào tạo 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 tạo điều kiện thuận lợi cho em trình học tập, nghiên cứu sở đào tạo Tôi bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp anh, chị học viên lớp Cao học 21 – chuyên ngành Quang học Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Long An động viên, giúp đỡ suốt trình học tập Xin chân thành cảm ơn ! Tác giả Mục lục Trang tiêu đề i Lời cảm ơn ii Mục lục Danh sách từ viết tắt, hình vẽ, bảng, đại lượng vật lý MỞ ĐẦU Chương - KIM LOẠI NHÔM VÀ TƯƠNG TÁC CỦA CHÙM LASER VỚI KIM LOẠI NHÔM 1.1 Cấu trúc phổ tinh tế nguyên tử Al I 1.1.1 Đại cương nguyên tố Al 1.1.2 Đặc trưng liên kiết (L,S) 13 1.1.3 Sơ đồ cấu trúc phổ tinh tế nguyên tử Al I 23 1.2 Tương tác chùm laser với kim loại Nhôm 32 Chương - 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 xạ lượng lượng tử 41 2.1.2 Cường độ vạch quang phổ phát xạ 45 2.1.3 Đặc trưng trạng thái plasma 50 2.2 Cơ sở kỹ thuật phổ laser phát xạ nguyên tử 52 2.2.1 Máy quang phổ phát xạ nguyên tử LSS - 52 2.2.2 Những 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 chùm laser xung đôi 62 KẾT LUẬN 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC 73 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) cấ u trúc nguyên tử Al (b) Thuô ̣c tính về điê ̣n (a) độ dẫn nhiệt Al (b) so với kim 11 loại khác 25 Các trạng thái số hạng P1 , 1.4 Các trạng thái số hạng D3 1.5 Các trạng thái số hạng P1 , 28 1.6 Các va ̣ch của bước chuyể n tra ̣ng thái S về tra ̣ng thái P1 , 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 lượng nguyên tử Al I Cấu tạo máy phát laser Phương và triǹ h tự của laser că ̣p laser xung đôi Phương và triǹ h tự của că ̣p laser xung đôi Các hiệu ứng tương tác laser với vật chất Tương tác chùm laser xung đơn với kim loại Nhôm Mô tương tác chùm laser xung đôi với mẫu kim loại Nhôm Sự hấp thụ xạ lượng 31 32 35 36 37 39 40 42 2 ,5 2 27 2 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 Vạch lượng có mức Vạch lượng có mức Cấu tạo máy quang phổ phát xạ LSS-1 a – cấu tạo tổng quan LSS – 1; b – cấu tạo cụm quang - LSS – Sơ đồ trình hình thành vạch phổ phát xạ sử dụng máy quang phổ phát xạ LSS – 46 47 54 Đường chuẩn phân tích định lượng Sự phụ thuộc cường độ phát xa ̣ va ̣ch phổ Al I (396,152 nm) vào thời gian trễ laser xung đôi: a – Cường độ vạch phổ 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 nguyên tử Al Tỉ lệ phần trăm nguyên tố hợp kim Nhôm D16 12 Giá trị số lượng tử S tương ứng với số điện tử 19 Bảng tóm tắt số hạng trạng thái mức lượng kích thích 28 tương ứng Thông số kỹ thuật máy quang phổ phát xạ LSS-1 55 Dãy chuẩn phương pháp đường chuẩn 61 Số liệu thực nghiệm cường độ vạch quang phổ phát xạ vạch Al 63 I 396,152 nm tương ứng với thời gian trễ khác 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 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 J và J + Năng lượng nguyên tử trạng thái Năng lượng nguyên tử trạng thái kích thích Hằng số Plank Vận tốc ánh sáng Tần số xạ Bước sóng xạ Thời gian trễ hai xung cặp laser xung đôi Hệ số Einstein Mật độ 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 nguyên tố khảo sát mẫu Hằng số điều kiện thực nghiệm Hằng số chất vật Độ ion hóa nguyên tử nhiệt Nhiệt độ Áp suất khí Số ion có đơn vị thể tích Năng lượng ion hoá Mật độ quang Hệ số hấp thụ Độ đen kính ảnh Hệ số nhũ tương  ... 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... tác chùm laser v i kim lo i Nhôm 32 Chương - ẢNH HƯỞNG TH I GIAN TRỄ CỦA CHÙM LASER XUNG Đ I 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.. .i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG Đ I HỌC VINH NGUYỄN BÁ ĐƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA TH I GIAN TRỄ LÊN CƯỜNG ĐỘ PHÁT XẠ VẠCH PHỔ AL I (396,252 nm) KÍCH THÍCH B I CHÙM LASER XUNG Đ I Chuyên ngành: