激光烧蚀金属Al诱导发光的动力学研究

利用时间分辨的光谱测量技术,测定了XeCl紫外激光在不同条件下烧蚀金属Al诱导产生光谱线及其强度随时间的分布.结果表明：等离子体辐射光谱线由原子光谱线、一价离子光谱线及连续辐射背景光组成.Al原子光谱线的辐射强度与持续时间为最大,一价离子光谱线次之,以连续辐射背景光为最小.对激光烧蚀金属诱导发光的机理进行了探讨.等离子体中连续辐射背景光来自高能电子的韧致辐射和电子与离子的复合,原子光谱线和一价离子光谱线主要来自等离子体中电子与离子的复合.用此机理定性地解释了所观察到的实验现象. 关键词： 激光烧蚀 时间分辨光谱 辐射机理 金属Al     

激光烧蚀铜产生原子和离子光谱线的研究

通过测定Nd∶YAG脉冲激光烧蚀金属Cu诱导产生光谱线及其强度随时间与空间的分布,结果表明等离子体辐射光谱线由原子光谱线、离子光谱线及连续辐射背景光组成,Cu原子光谱线的数目不仅比离子光谱线多,而且辐射强度比离子光谱线的大,以连续辐射背景光的辐射强度为最弱;原子光谱线的发光范围最大,持续时间最长;离子光谱线发光范围中等,持续时间中长;连续辐射背景光的发光范围最小,持续时间最短.讨论了激光诱导发光的机理,认为等离子体羽中连续辐射背景光主要来自近靶处高能电子的韧致辐射和电子与离子的复合激发,原子和离子光谱线主要由等离子体中高能电子的碰撞传能激发所引起,并用之较好地解释了所观察的实验现象.     

环境气压对激光烧蚀Cu诱导发光机理的影响

利用时间分辨的光谱测量技术,测定了不同氪气压强下脉冲激光烧蚀金属Cu诱导等离子体发光羽的发射光谱及其强度随时间的分布。利用快速同步照相的方法,拍摄了不同氪气压强下的等离子体发光羽的照片。实验结果表明,等离子体发光羽的光谱主要由原子谱线构成,发光羽颜色随环境气压而变化。结合实验结果探讨了环境气压对脉冲激光烧蚀Cu诱导等离子体发光羽的发光机理的影响,认为不同环境气压下等离子体发光羽的发光机理不同,低压下以电子碰撞传能激发辐射为主,中压下以电子与原子碰撞传能激发和电子与一价离子的复合激发辐射为主,高压下以电子与一价离子的复合激发辐射为主,并用此机理定性地解释了所观察到的实验现象。     

10-25 keV电子致厚W,Au靶韧致辐射谱的测量

测量了10-25 keV电子碰撞厚W, Au靶产生的韧致辐射谱, 并与Monte Carlo程序PENELOPE模拟的X射线谱进行了比较, 除在3 keV前实验谱略低于理论谱外, 整体上两者符合得很好. 在模拟电子与靶材料相互作用产生韧致辐射时, PENELOPE程序中只包含有普通韧制辐射的截面数据. 我们的实验结果表明, 在电子与固体靶相互作用时, 没有明显的极化韧致辐射产生, PENELOPE程序能够可靠地描述电子与固体厚靶相互作用产生的韧致辐射.     

闪电等离子体连续光谱轮廓形成机理研究（英文）

利用光谱范围为400～1 000 nm的无狭缝光栅光谱仪记录了云对地闪电放电光谱,在可见光谱的低频段观测到丰富的一价氮离子谱线,没有明显观测到其他重要的离子谱线。闪电通道内大量电子在电场作用下向地面倾泻使通道快速加热,沿通道径向温度降低,通道表面附近氮离子与电子的相互作用增强从而产生连续辐射。闪电的连续辐射机制主要包括轫致辐射和复合辐射,对应于氮离子与自由电子的库仑碰撞和对自由电子的捕获。当等离子体温度低于10 000 K时,轫致连续辐射谱为平坦谱,其对连续谱在可见光范围内的轮廓特征没有明显影响。复合辐射方面,以类氢离子经典辐射理论为基础,引入非类氢的复杂离子近似计算方法,用Gaunt因子进行量子力学修正,分析氮离子的复合辐射过程。据此导出连续光谱复合辐射系数与波长的函数关系,由关系式绘制氮等离子体连续辐射光谱的特征曲线,与闪电连续光谱观测结果进行比较,发现等离子体表面电子温度与连续辐射光谱谱峰的位置密切相关;引入氮离子的有效核电荷数Z*对连续谱的阶跃特征和谱翼展宽特性有显著影响。对比发现,当Z*为3时,理论曲线与连续光谱的轮廓特征高度一致。Z*的取值范围由离子种类决定,有效荷电荷数Z*能很好地解释闪电等离子体在给定波长下连续光谱的阶跃特征。     

准分子激光轰击Y-Ba-Cu-O高温超导靶的空间分辨光谱研究

采用WP4-光学多道分析仪对准分子激光轰击Y_1Ba_2Cu_3O_x超导靶产生的等离子体辐射进行了空间分辨测量和研究。实验结果表明,在靶面的邻近区(d<0.4mm),等离子体辐射为较强的连续谱,并迭加有Y、Ba原子和Y~+、Ba~+离子基态电子跃迁的自吸收线。Y、Ba、Cu原子和相应的一价离子以及金属氧化物分子激发态的发射谱线仅在距靶面为0.4mm以外的区域出现。光谱的测量结果支持靶面表层发生爆炸、出射分子簇团和固体微粒的激光烧蚀沉积动力学机制解释。     

激光诱导Al等离子体连续辐射的时间分布

用Ar作环境气体,压强固定在10kPa,每个激光脉冲能量为115mJ,利用时空分辨技术,采集激光烧蚀Al靶产生的等离子体辐射的时间分辨谱。分析了Al等离子体连续辐射特征。简要讨论了激光诱导等离子体连续辐射的产生机理。提出了原子对激光诱导等离子体连续辐射共振吸收理论。激光诱导等离子体的连续辐射的主要机制是轫致辐射和复合辐射,在激光脉冲作用到靶面瞬间,轫致辐射占主导地位;等离子体演化初期,复合辐射和轫致辐射共同产生等离子体连续辐射;等离子体演化后期,连续辐射主要复合辐射产生的。Al原子对连续辐射的共振吸收是选择性的,这是改变连续辐射按波长“平滑”分布的主要机制。     

激光等离子体的回旋辐射

本文研究的回旋辐射是由于在激光强场影响下的电子回旋运动产生的。对辐射能进行估算,激光等离子体回旋辐射的大小可与韧致辐射相比。这种情况要求更重视对激光等离子体回旋辐射的研究。     

高能电子束韧致辐射特性的理论研究

高能电子束轰击金属靶会产生韧致辐射X射线,为优化韧致辐射X射线品质,需要研究如何获取最佳辐射效率等韧致辐射规律.结合理论分析,并采用MCNP/4C对10,20?MeV电子的韧致辐射规律进行了模拟研究.讨论了不同靶材料产生的韧致辐射效率、角分布、能谱分布、准直锥孔内辐射效率等问题.通过对不同靶材料韧致辐射的模拟研究,给出了不同厚度靶与光子效率、注量分布、出射电子与角分布的关系与规律.由此得到不同靶材料对于10,20?MeV电子在最优韧致辐射效率下的一些边界条件与规律. 关键词： 韧致辐射 最佳效率 角分布 能谱     

低真空下紫外激光烧蚀铜诱导发光的机理

采用时间与空间分辨的光谱测量技术,测量了在低真空下XeCl紫外激光烧蚀金属Cu诱导产生等离子体发光羽的发射光谱随时间和空间的强度分布,利用快速同步照相的方法获得了发光羽的相片,结果发现发光羽的不同区域有不同的颜色特征。根据实验结果建立了非常可能的激光烧蚀诱导发光的理论模型,认为不同区域的主要发光机理不同,连续辐射背景光来自近靶处高能电子的运动而产生的轫致辐射;原子线的产生来自电子碰撞传能以及电子与离子的复合激发;离子线的产生来自电子与离子碰撞传能激发。此模型不仅能解释单一激发模型所能解释的实验现象,而且还能够很好地解释单一模型所不能解释的实验现象,低真空下紫外激光烧蚀铜诱导发光的机理与常压下相似,在此实验条件下可以更准确地揭示诱导发光的机理。     

闪电等离子体连续辐射谱特征分析

闪电等离子体光谱特征是在强连续辐射背景上叠加丰富的NⅡ,NⅠ,OⅠ,HⅠ线状谱,闪电回击通道温度可达万开以上,通道内氮分子和氧分子接近完全离解,分析连续谱时,不考虑各组分分子带状谱对连续谱的影响。使用摄谱范围在400~1 000 nm的无狭缝光栅摄谱仪记录云对地闪电放电光谱,在光谱可见区低频段观测到大量一价氮离子谱线,未观测到明显的其他离子谱,认为连续辐射机制主要由氮离子与自由电子相互作用产生,包括轫致辐射和复合辐射。等离子体温度在1×104 K以下时轫致辐射连续谱呈现出平谱特征,辐射强度较弱,随着等离子体温度升高在紫外段辐射强度增加,对可见段连续谱轮廓特征没有明显影响。对于复合辐射,设闪电等离子体符合局域热力学平衡和光学薄条件,以类氢离子经典辐射理论为基础,以冈特因子作量子力学修正,考虑到复合过程中自由电子被离子俘获,大概率出现在高激发状态,引入非类氢的复杂离子近似计算方法分析氮离子复合辐射过程,导出连续谱复合辐射系数与波长的函数关系,获得特定参数条件下氮等离子连续辐射谱特征曲线,与闪电连续谱轮廓观测结果比较,发现等离子体电子温度与连续辐射谱谱峰位置密切相关,认为通过对闪电连续谱轮廓拟合,能够可靠诊断闪电放电通道表面电子温度。研究认为氮离子实有效核电荷数Z*取值对连续谱特征也有显著影响,Z*取值小,连续谱跃变特征增强;Z*取值大,连续谱展宽特征增强,从而与实测谱轮廓底部背离增大。通过多次对比发现Z*取为2~4时,理论曲线与连续谱观测轮廓具有较好的一致性,Z*的取值范围由离子种类决定,引入离子有效核电荷数Z*,能够很好地解释闪电等离子体连续谱在特定波长出现跃变的特征。     

闪电放电通道的辐射演化特性

用无狭缝红外光谱仪获得了山东地区云对地闪电回击过程的近红外光谱,并与可见光波长范围的闪电回击光谱进行了对比分析.根据近红外光谱的结构特征,讨论了闪电通道等离子体的光谱辐射顺序以及不同波段连续光谱的主要辐射机制,研究得出：可见光谱主要是闪电回击初期和发展阶段的辐射|近红外光谱主要是闪电发展后期的辐射|可见波段的连续光谱主要来自韧致辐射的贡献,而红外部分的连续光谱主要来自复合辐射的贡献.由分析结果推断：闪电通道等离子体的复合过程是闪电产生O3、NOX的主要途径,复合过程中的氧吸附作用和去吸附过程是近红外光谱中氧原子谱线增多的重要原因,也是OI 777.4 nm相对强度比较大的主要原因.     

同轴空心阴极氦等离子体的电子激发温度研究

利用同轴空心阴极放电装置,产生氦低温等离子体。通过对等离子体的发射光谱进行测量和计算,研究放电功率以及氦气压强对等离子体的电子激发温度的影响。结果表明:氦低温等离子体的发射光谱主要由连续谱和原子谱线构成,放电功率和压强对谱线的强度具有明显影响。压强的变化不仅影响电子从电场中获得的能量,还会影响电子与原子的碰撞频率,从而导致电子激发温度随着氦气压强的增大,出现先上升后下降的变化趋势。     

The bremsstrahlung induced by 0.3–2 keV electron scattering by Ar atoms

The differential spectra of a bremsstrahlung resulting from a 0.3–2 keV electron scattering by Ar atoms are studied. Photon energies within the ultrasoft X-ray band from 124 to 190.8 eV, which is characterized by the low dynamic polarizability of the Ar atom, are considered. For the entire spectrum of photon energies (124–190.8 eV), the intensity of the bremsstrahlung differential spectra first grows with an increase in the electron energy from 0.3 to 0.7 keV and then decreases as the electron energy increases from 0.7 to 2 keV. The increase in intensity is directly proportional, and the decrease is inversely proportional to the square root of the energy of the scattered electrons. Within the context of a "low-energy" approximation, the increase in the number of photons with the electron energy is due to the contribution of the atomic excitation and ionization channels being available during the bremsstrahlung process.     

铝丝阵Z箍缩辐射产生机理初步研究

利用一维非平衡辐射磁流体力学程序研究了铝丝阵内爆过程中的能量转化规律和辐射产生机理.细致讨论了Z箍缩过程中脉冲功率驱动器电磁能馈入等离子体,等离子体动能转化为内能以及通过一系列原子过程电子内能转化为X射线辐射的能量转化机理.结合离子布居信息深入分析了Z箍缩过程中的辐射产生机理.结果表明,在内爆压缩阶段,电离和激发过程占优,线辐射占据总辐射的绝大部分.在滞止时,离子大都处于裸核离化度,连续谱辐射达到峰值.在滞止附近,线辐射出现两个峰值.在膨胀过程中,光电复合过程优于三体复合,线辐射占总辐射的份额逐渐下降.     

Parametric X Radiation from Electrons in Mosaic Crystals

A simple model for calculating the contribution of diffraction of actual photons to the measured spectrum of parametric x radiation (PXR) from relativistic electrons in mosaic crystals is suggested. It is shown that the diffraction of real photons of bremsstrahlung and transition radiation in mosaic crystals whose thickness t is about 0.01 of the radiation length makes a significant contribution to the measurable emission spectrum. The spectra and angular distributions of PXR from electrons with energies 500 and 900 MeV have been measured in mosaic pyrolytic graphite crystals. It is demonstrated that with consideration of diffraction of actual photons in the mosaic crystal, including diffraction of PXR photons, all experimental data presently available agree well with the results of calculations for the suggested model.