Razões de linha espectral - Spectral line ratios

A análise das relações de intensidade de linha é uma ferramenta importante para obter informações sobre plasmas de laboratório e espaciais. Na espectroscopia de emissão , a intensidade das linhas espectrais pode fornecer várias informações sobre a condição do plasma (ou gás ). Pode ser usado para determinar a temperatura ou densidade do plasma. Uma vez que a medição de uma intensidade absoluta em um experimento pode ser desafiadora, a razão de diferentes intensidades de linha espectral também pode ser usada para obter informações sobre o plasma.

Teoria

A densidade de intensidade de emissão de uma transição atômica do estado superior para o estado inferior é:

${\ displaystyle P_ {u \ rightarrow l} = N_ {u} \ \ hbar \ omega _ {u \ rightarrow l} \ A_ {u \ rightarrow l}}$ ,

Onde:

• ${\ displaystyle N_ {u}}$ é a densidade de íons no estado superior,
• ${\ displaystyle \ hbar \ omega _ {u \ rightarrow l}}$ é a energia do fóton emitido, que é o produto da constante de Planck e da frequência de transição,
• ${\ displaystyle A_ {u \ rightarrow l}}$ é o coeficiente de Einstein para a transição específica.

A população de estados atômicos N é geralmente dependente da temperatura e densidade do plasma. Geralmente, quanto mais quente e denso o plasma, mais altos os estados atômicos são povoados. A observância ou não das linhas espectrais de certas espécies de íons pode, portanto, ajudar a dar uma estimativa aproximada dos parâmetros do plasma.

Resultados mais precisos podem ser obtidos comparando intensidades de linha:

${\ displaystyle {\ frac {P_ {u_ {1} \ rightarrow l_ {1}}} {P_ {u_ {2} \ rightarrow l_ {2}}}} = {\ frac {N_ {u_ {1}}} \ omega _ {u_ {1} \ rightarrow l_ {1}} A_ {u_ {1} \ rightarrow l_ {1}}} {N_ {u_ {2}} \ omega _ {u_ {2} \ rightarrow l_ {2} } A_ {u_ {2} \ rightarrow l_ {2}}}}}$ ,

As frequências de transição e os coeficientes de Einstein das transições são bem conhecidos e listados em várias tabelas como no NIST Atomic Spectra Database. Freqüentemente, a modelagem atômica é necessária para a determinação das densidades populacionais e em função da densidade e da temperatura. Enquanto para a determinação da temperatura do plasma em equilíbrio térmico a equação de Saha e a fórmula de Boltzmann podem ser usadas, a dependência da densidade geralmente requer modelagem atômica. ${\ displaystyle N_ {u_ {1}}}$${\ displaystyle N_ {u_ {2}}}$

Veja também

• Diagnóstico de plasma
• Linha espectral

links externos

• Banco de dados de espectros atômicos NIST

Referências

• Latimer, I; Mills, JI; Day, RA (1970), "Refinamentos na técnica de proporção de linha de hélio para medição de temperatura de elétrons e sua aplicação ao precursor", Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer , Elsevier , 10 (6): 629-635, Bibcode : 1970JQSRT. .10..629L , doi : 10.1016 / 0022-4073 (70) 90079-8
• Muñoz Burgos, JM; Barbui, T; Schmitz, O; Stutman, D; Tritz, K (2016), "Análise dependente do tempo de relações de linha de hélio visíveis para diagnóstico de temperatura e densidade de elétrons usando simulações sintéticas em NSTX-U", Review of Scientific Instruments , AIP , 87 (11), doi : 10.1063 / 1.49552860