Способ измерения полуширины спектральной линии

1Ъи (авщ . и У 68 УЯ Союз Советсннн Социалнстнчесннн Реслублин, А. Ершов-Павлов и Н. И, Чубрик ена Трудового Красного Знамени инстит физики АН Белорусской ССР(71) Заявите ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛ УШИ РИ НЬ 1КТРАЛЬНОЙ ЛИНИИной функции, сравнимой с полуширпной линии.Эта цель достигается благодаря тому, что полуширину спектральной линии определяют по отношению ее интенсивности, зарегистрированной для двух значений шп. рины спектрального интервала на выходе прибора с известной аппаратной функцией.Имеется двухканальный монохроматор, аппаратная функция которого У, одинакова для обоих каналов,.Необходимо определить полуши рину линии с формой контура.Распределение освещенности в плоскости выходных щелей монохроматора прп регистрации излучения линии определяется сверткой этих двух функций СРЕ(х) =1 (х)л (х -х. (1) Полная энергияном освещении х) ах,ение пект-илп оров арат авная Еункцип це;онстанта рованной ДЛЯ НОРМ 1 1 юЕ(х)сУ Изобретени относится к области спектроскопии, в частности спектроскопии нагретых газов и плазмы, и может быть использовано для определения параметровспектральных линий атомов и ионов, диагностики плазмы.Известен способ определения полуширины спектральной линии 111.Наиоолсе олизким тсхепчсскпм решением является способ определения полушири Оны спектральной линии, основанный на регистрации инте,чсивности ее излучения,т. е. регистрапии ее контура с помощьюмногоканальной фотоэлектрической системы. Интенсивность излучения в несколько 15точках контура линии рсгпстрирустсяодновременно соответствующим числом каналов, например, датчиков излучения, расположенных близко друг к другу в фокальной плоскости спектрального прибора. По 20полученному таким образом контуру линииможно определить ее полуширину"2, однако отмечается сложность производимогоизмерения,Целью изобретения является упрощпроцесса определения полуширппыральной линии при использовании одпдвухканальных спектральных присреднего разрешения с шириной апп инин Ео при некогерспт7687624Знергия линии, регистрируемая при ширнпс выходной щснп Ь, равна 3Для линии, попадающей в центр выход ной щели, шириной Ь, будет рсгистрпроваться часть ее энергии, равная ьо -Е=Е, Р(х)сх. (3)ь9Доля регистрируемой энергии для заданных , и 1,1 зависит от их полуширины (а и Л 7, соответственно) п пьнрины выходпои щсли Ь, т. е.: Ег Ео - г (Ь+а)агс 1 д1 1 г-(-а- (Ь - а) агс 1 д -- (1 п(Л 7 ) + г 17.- (а-(- - п(Л 7 )+ (а - Ь) 1, (10)10 Псрейдя к безразмерным величинам путем подстановкиЕ=Едр(а, ЛХ, Ь). (4)При различной ширине выходной щели в обоих каналах монохроматора - Ь, и Ь, - будет зарегистрирована энергия соответст- венно Е=Ч(а Л 7 Ь Ь,). (6) Е,Таким образом, учитывая, что сигнал в каждом канале пропорционален регистрируемой энергии, по отношению сигналов от обоих каналов можно определить ЛХ, если известны величины а, Ь, и Ьг.Пример определения полуширины атомных спектральных линий, излучаемых положительным столбом стабилизированнойэлектрической дуги при атмосферном давлении, В условиях электрических дуг высокого давления концентрация электронов в плазме велика и большинство контуров атомных линий тяжелых элементов носит дисперсионный характер ЛХ га -а- ( - ) Для регистрации излучения изпользуют монохроматор со сравнительно широкой входной щелью, аппаратную функцию которогоможно представить в виде при (х)а0 (х) -2(8) где а в . полуширина аппаратной функцииприбора, равная ширине его входной щели.При регистрации излучение в линии распределения освещенности в плоскости выходной щели монохроматора в этом случае имеет вид Е(Г:(агс 19агам " "/. (9 гг гг ( Л/ гЕ, = Еогр (а, ЛХ, Ь, ) и Е, = Ео ц (а, Л 7., Ь 9) . (5)Из выражения (5) следует, чтоЬ=па,Л 7. = та,15 где п и т 25 Таким образом, долю регистрируемой энергии линии Й при заданном соотношении величин а, Ь и Л 7, можно представить в ви- де 30 Еи-,1К = - = - (п+1) агс 1 д -пг(и - 1) агс 1 д . --- (1 пт+ (и+1)-пг 2Ьг.,(, 1)г)(19) 35 На фиг, 1 представлен график зависимости К от относительной величины т полуширины линии и аппаратной функции прибора для различных соотношений ив ширины аппаратной функции и выходной щели, Используя график и зная а и п, можно определить т, найдя экспериментально коэффициент й, либо как отношение сигналов при регистрации энергии линии с выходной щелью узкой и достаточно широкой для регистрации полной энергии линии (при условии отсутствия в данном участке спектра других линий), либо, получив полную энергию расчетным путем и используя абсолютную калибровку, и далее из выражения (11) найти Л 7,.Принимая во внимание уравнения (6) и (13), можно рассчитать соотношение энергий (сигналов) для двух значений и, = 1 и п,=5 (двух размеров выходной щели). На фиг. 2 представлено соотношение регистрируемой энергии линии для двух значений выходной щели в зависимости от т для рассматриваемого случая. Измерив отношение сигналов для двух значений выходной щели Ь, и Ь, можно найти т и, зная а, определить Л 7. Сказанное выше можно проиллюстрировать на примере измерения полуширины спектральных линий,40 45 50 55 60 коэффициенты пропорциональности, получаемгг+Е= Ео --(и+ 1) агс 1 о - а 0- (и - 1) агс 1 д в " -- (1 пгп+ (и + 1) -т 2- 1 пт+ (п - 1) ")(12)768762 л:г и б 04 51 856,7 нм и Аг 1 811,5 нм в спектре плазмы воздуха, получаемой в стабилизированной дуге атмосферного давления при силе тока 200 а. Ширина входной щели использованного спектрометра прп измерениях составляет 0,2 пл, выходной - 0,2 мм (для п=1) и 1,0 мм (для г=5). Для нахождения значений интенсивности в каждой пространственной зоне с определенной температурой применено обратное преобразование Абеля, для выбранных значений температуры найдено отношение интенсивностей и по ним - ширина линий. На фиг 3 и 4 представлены результаты измерения полуширины линии азота (М 1 856,7 нм) и аргона (Аг 1 811,5 нм), соответственно, Здесь же приведены данные расчета полуширины линий с использованием штарковских параметров Г. Гримма. Для большей части температурного диапазона измеренные и рассчитанные величины удовлетворительно согласуются. Погрешность метода не превышает 10% в оптимальных условиях. 6 Формула изобретенияСпособ измерения полуширины спектральной линии с помощью приборов со 5 спектральным разрешением, сравнимым сполушириной линии, основанный на регистрации интенсивности ее излучения, о т л пч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения измерения полуширину спектральной ли О нии определяют по отношению ее интенсивности, зарегистрирванной для двух значений ширины спектрального интервала на выходе прибора. 15 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Нагибина И. М, и Прокофьев В. К.Спектральные приборы и техника спектро 2 о скопин. М,-Л, Машгиз, 1963, с. 131. 2. К 1 уо 11 йо О., Кого, А Кагцо М., Кокпйе О, 1 ар Лопгп, Арр 1. РЬуз 1971, 10, Мс 7, 886.768762 дл 4 о Ф 70 Ог 7 0 б 10 ректор Т, Трушки ктор Б, федоров Изд,517 ВНИИПИ Госуда по дечам из 113035, Москва, Ж/5 агорская типография Унрполпграфнздата Мособлисполкома