(2.3)
跃迁产生的谱线强度(Iim):
(2.4)
vim为发射光谱线频率,总结以上公式,可得到谱线强度:
(2.5)
式中,Iim为i与m之间的跃迁产生的谱线强度;N0为单位体积内处于基态的原子数;Aim为i与m之间的跃迁几率;h为普朗克常数;vim为跃迁产生的谱线频率。
对于同种原子的两条谱线而言,两条谱线的强度比应满足下式:
(2.6)
式中I1和I2分别为两条谱线的发射光谱强度;A1和A2为跃迁概率;g1和g2为统计权重;λ1和λ2为两谱线的波长,E1和E2为两谱线激发态能量,k为Boltzmannn常数,T为等离子体电子温度。参数A,g和E值可以从光谱常数表,化学或物理常数手册中查到。通过试验测定出两条谱线强度后,带入相关常数值就可以得到等离子体的电子温度。
对式(2.6)两边取对数得:
利用式(2.8)可以计算得到等离子体温度随时间的变化,其中,T为SCB等离子体的激发温度也是离子温度,ne为等离子体的电子密度,λ为光谱线的波长,g为谱线的上能级统计权重,A为跃迁几率,I为相对发射强度,E为谱线激发电位,k为Boltamann常数。主要的光谱常数[61]见表2.1。
表2.1 Cu原子谱线的光谱参数值
Wavelength
λ/nm Energy level
/cm-1 State weight
(gk) Trastion probability
A(×108s-1) Uncertainties
(%)
510.55 30784 4 0.020 25
521.82 49942 6 0.75 25
电容放电激励模式下,典型SCB火工品两端的电流、电压、原子发射光谱强度变化曲线如图2.7所示,该图的试验条件为47μF电容、60V充电电压。
图 2.7 47μF-60V条件下SCB两端的电压、电流的变化曲线
如图2.7所示,曲线a代表的SCB发火时的电流信号,曲线b代表的是SCB发火时的电压信号,λ1和λ2都代表相对发射强度,将λ1,λ2分别代入式(2.8)即可得出等离子体温度。发火时间Δt为从0时刻到t1时刻之间的时间间隔,对这段时间间隔进行积分即可得到SCB发火所需能量ΔE。
从图2.7可以看出, SCB发火过程中的电压随时间的变化出现了两个峰值,尤其是第二个电压峰值上升得非常陡峭。根据文献[62]将SCB的作用过程分为以下四个阶段。
(1)SCB升温阶段:电压迅速上升并在约0.3μs时达到第一峰值的最高点。文献表明,在此阶段的高速摄像机记录的图像中,并没有明显的变化。达到的首次电压峰值略小于充电电压值。
(2)SCB熔化阶段:在到达第一峰值后电压迅速下降,但是电压下降的幅度并没有SCB升温阶段的陡峭,并在约1μs时到达峰谷。文献表示[63],在此阶段的SCB产生熔化,发生相变。电阻下降是导致电压下降的直接原因。
(3)SCB汽化阶段:1μs后电压迅速升高,并在约2μs时达到第二次电压峰。第二峰值高于第一个峰值。在第三阶段汽化末时,动态电阻猛然增加,此时所施加的方波脉冲满足合适的条件,就引起等离子体放电,SCB产生光,文献[63]比较了光电二极管测得的光产生时间与第二次电压峰值也一致。产生第二次电压峰值即产生等离子体。
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