89837

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z pojęciem plazmy oraz wybranymi metodami jej diagnostyki. Spektroskopowa diagnostyka plazmy polega na wyznaczeniu różnych parametrów, m.in.: stopnia jonizacji atomów, koncentracji elektronów (atomów bądź cząsteczek),energii czy temperatury.

2. Wstęp teoretyczny

Plazma jest to zjonizowana materia o stanie skupienia przypominającym gaz, złożona zarówno z cząstek naładowanych elektrycznie, jak i obojętnych. Mimo że plazma zawiera swobodne cząstki naładowane, to w skali makroskopowej jest elektrycznie obojętna. Z uwagi na obecność dużej ilości jonów o różnym ładunku, a także swobodnych elektronów, plazma silnie oddziałuje z polem elektrycznym, magnetycznym i elektromagnetycznym. Z tych samych względów, plazma przewodzi prąd elektryczny, a jej opór, inaczej niż w przypadku metali, maleje ze wzrostem temperatury.

Plazmy mogą występować w różnych stanach :

-stanie lokalnej równowagi termicznej (LRT), zwane termicznymi;

-stanie częściowej lokalnej równowagi termicznej (CLRT);

-jako plazmy nierównowagowe;

Na skutek zderzeń sprężystych i niesprężystycłi, najczęściej elektronów z innymi cząstkami plazmy, w plazmie powstaje energia. Jeśli otrzyma się odpowiednio dużą energię, można osiągnąć stan, w którym wszystkie zachodzące procesy wzajemnie się równoważą(z wyjątkiem spontanicznej emisji i absorpcji). Wtedy plazma jest bliska osiągnięcia równowagi termodynamicznej. Można założyć, że prędkości wszystkich rodzajów cząstek opisuje rozkład Maxwella, a ich średnia energia kinetyczna jest jednakowa. Zaś rozkład cząstek określany jest rozkładem Boltzmana. Prawo Sahy-Eggerta określa koncentrację cząstek w różnych stanach jonizacyjnych , natomiast koncentracje składników reakcji - prawo Goldberga-Waagego. Temperatury w tych wszystkich prawach są jednakowe i wspólne dla wszystkich rodzajów cząstek. Oznacza to, że większość własności plazmy jest definiowana przez temperaturę.

W warunkach ziemskich nie istnieje możliwość utrzymywania plazmy w stanie równowagi termicznej z otoczeniem. Dlatego bardzo często używanym przybliżeniem stanu CLRT jest stan lokalnej równowagi termodynamicznej (LRT), w którym wszystkie wyżej wymienione prawa są spełnione. Aby opisać plazmę w tym stanie, określa się energię na poszczególnych poziomach energetycznych. Tym samym konieczne jest określenie:

-    temperatury wzbudzenia T_w* opisującej populację poziomów elektronowych

-    temperatury oscylacyjnej T«< opisującej obsadzenie poziomów oscylacyjnych cząsteczki będącej w określonym stanie elektronowym

-    temperatury rotacyjnej T,« opisującej obsadzenie poziomów rotacyjnych określonego stanu elektronowo-oscylacyjnego cząsteczki