Title
Prostorna i vremenski razložena spektroskopska dijagnostika laserski indukovane plazme na čvrstoj meti u vazduhu na atmosferskom pritisku
Creator
Cvejić, Marko B., 1982-
Copyright date
2014
Object Links
Select license
Autorstvo-Nekomercijalno 3.0 Srbija (CC BY-NC 3.0)
License description
Dozvoljavate umnožavanje, distribuciju i javno saopštavanje dela, i prerade, ako se navede ime autora na način odredjen od strane autora ili davaoca licence. Ova licenca ne dozvoljava komercijalnu upotrebu dela. Osnovni opis Licence: http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/rs/deed.sr_LATN Sadržaj ugovora u celini: http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/rs/legalcode.sr-Latn
Language
Serbian
Cobiss-ID
Theses Type
Doktorska disertacija
description
Datum odbrane: 26.09.2014.
Other responsibilities
mentor
Cvetić, Jovan, 1962-
mentor
Jovićević, Sonja
član komisije
Tadić, Milan, 1964-
University
Univerzitet u Beogradu
Faculty
Elektrotehnički fakultet
Alternative title
Space and time resolved spectroscopic diagnostics of laser induced plasma on solid target in air at atmospheric preassure
Publisher
[M. Cvejić]
Format
178 listova
description
Fizika plazme, laseri, elektrotehnika - Spektroskopija plazme / Physics of plasma, lasers, electrical engineering - Plasma spectroscopy
Abstract (sr)
LIBS ili LIPS (Laser Induced Plasma Spectroscopy) - spektroskopija laserski
indukovane plazme je relativno nova tehnika za analizu materijala, čiji je razvoj
uslovljen tehnološkim napretkom na polju lasera, spektrometara i detektora. Tehnika
omogućava multi-elementarnu analizu svih vrsta materijala u realnom vremenu, u
raznim sredinama transparentnim za lasersko zračenje, bez zahteva za pripremom
uzorka. To je čini pogodnom za mnoge primene, poput kontrole kvaliteta, zaštite
čovekove okoline, recikliranje materijala i analize u nedostupnim sredinama.
Kvantitativna merenja pomoću LIBS-a, međutim, i dalje pokazuju nižu granicu
detekcije i generalno slabiju tačnost u odnosu na druge analitičke metode, iako je
postignut značajan napredak u pouzdanosti i preciznosti LIBS merenja za različite
tipove materijala. Razlog je nedovoljno poznavanje složene interakcije laserskog
zračenja sa ispitivanim uzorkom, koja zavisi od karakteristika lasera (talasna dužina,
vreme trajanja impulsa, energije) i svojstva materijala ispitivanog uzorka, kao i
nedovoljna proučenost, prostorno i vremenski zavisne interakcije plazme i čestica. Kako
su kvantitativna merenja zasnovana na povezivanju (integralnog) intenziteta spektralne
linije sa gustinom svih emitujućih čestica u plazmi, i preko toga sa koncentracijom
elemenata u uzorku, razumevanje fizičkih procesa i njihove povezanosti u laserski
indukovanoj plazmi od suštinskog je značaja za analitičke primene. Najveći deo
informacija iz LIBS-a dobija se analizom zračenja plazme. Emisioni spektar je diskretan
i sastoji se od atomskih, jonskih i molekulskih linija elemenata prisutnih u plazmi
(metala, oksida, stena, legura, itd.). čijim ispitivanjem se može izvršiti detaljna analiza i
dijagnostika plazme. Međutim, nehomogenost i vremenske promene oblika LIBS
plazme, praćene promenom parametara plazme i emisijom materijala nastalog ablacijom
u plazmenom oblaku, znatno otežavaju primenu spektroskopske dijagnostike.
Ovaj rad obuhvata analizu tehnika, brze fotografije i optičke emisione
spektroskopije, potrebnih za prostornu i vremenski razloženu dijagnostiku laserski
indukovane plazme na čvrstoj meti u vazduhu na atmosferskom pritisku. Tehnikom brze
fotografije određeno je optimalno vreme posmatranja plazme za merenje oblika i
intenziteta spektralnih linija prisutnih u plazmi, kako bi se izbegle teškoće vezane za
nehomogenost i vremensku promenljivost LIBS plazme. Pored toga uzeto je u obzir
dejstvo samoapsorpcije na oblik i intenzitet spektralnih linija. Zatim je primenjena
procedura Abel-ove inverzije za određivanje radijalne raspodele intenziteta linija
korišćenih za merenje novih Stark-ovih parametara pre svega ne-vodoničnih linija koje
su dominantne u ispitivanoj plazmi. U radu je izvršeno i nezavisno određivanje
elektronske gustine i temperature što predstavlja uslov potreban za precizno određivanje
Stark-ovih parametara. Dobijeni eksperimentalni rezultati predstavljaju značajan
doprinos za dijagnostiku i modelovanje laserski indukovanih plazmi a time i bolje
razumevanje složenih fizičkih procesa, što vodi do ostvarivanje uslova za još širu
primenu LIBS-a u različitim oblastima.
Abstract (en)
LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) or LIPS (Laser Induced Plasma
Spectrosropy) is a relatively new technique for material analysis, recently developed
due to advances in laser technology, spectrometers and detectors. This technique
enables a multi-element real time analysis of all kinds of materials without previous
sample preparation, making it useful for various applications, like quality control,
environmental protection, material recycling and analysis in unavailable environments.
Even with advances in reliability and precision of LIBS measurements of different
kinds of materials, quantitative measurements that are based on the connection between
integral intensity of the spectral line and density of emitting particles in plasma, and via
that with concentration of elements in sample, are still challenging for most of the
materials and suffer from lower accuracy and detection limits compared to other
analytical techniques. The main reasons for that is the complex nature of the lasersample
interaction process which is dependent on several laser parameters (wavelength,
pulse duration, energy) and on the characteristics of material under investigation, and
space and time dependent plasma-particle interactions. Thus, understanding the physical
processes and their interactions in laser induced plasma is essential for analytical
applications. Most of the information obtained from LIBS measurements come from
plasma radiation. Emission spectrum is discreet and includes atomic, ionic and
molecular lines of all the elements present in the plasma (metals, oxides, alloys, etc.).
Analysis of these spectral lines shapes is a part of analysis and diagnostics of plasma.
Difficulties in applying spectral diagnostics in LIBS plasma originate from plasma
inhomogeneity, changes in a plasma shape that occur over time followed by changes in
plasma parameters and emission of materials due to ablation in the plasma cloud.
This work includes the analysis of techniques, fast photography and optical
emission spectroscopy, needed for space and time resolved diagnostics of laser induced
plasma on a solid target in air at atmospheric pressure. Using the technique of fast
photography, optimal time of plasma spectral observation is determined needed for
recording line shapes of elements which are present in plasma. Influence of selfabsorption
on spectral line shapes is taken into account during analysis. Abel inversion
procedure is applied to determine radial intensity distributions of spectral lines used for
measurements of new Stark broadening parameters of, in the first place, non-hydrogenic
spectral lines. These lines are predominant in this kind of plasma. Independent
determination of electron density and temperature is done which is necessary condition
for measurements of Stark broadening parameters. Obtained experimental results
represent significant a contribution to diagnostics and modeling of laser induced
plasmas and to better understanding of complex physical processes. This leads to
achieving a broader application of LIBS technique in different areas.
Key words: laser induced plasma, electron number density, optical emission
spectroscopy, Stark broadening, forbidden transitions.
Scientific field: physics of plasma, lasers, electrical engineering
Specific topic: plasma spectroscopy
UDC number:
Authors Key words
laserski indukovana plazma, gustina elektrona u plazmi, optička emisiona
spektroskopija, Stark-ovo širenje, zabranjeni prelazi
Authors Key words
laser induced plasma, electron number density, optical emission
spectroscopy, Stark broadening, forbidden transitions
Classification
621.3(043.3)
Type
Tekst
Abstract (sr)
LIBS ili LIPS (Laser Induced Plasma Spectroscopy) - spektroskopija laserski
indukovane plazme je relativno nova tehnika za analizu materijala, čiji je razvoj
uslovljen tehnološkim napretkom na polju lasera, spektrometara i detektora. Tehnika
omogućava multi-elementarnu analizu svih vrsta materijala u realnom vremenu, u
raznim sredinama transparentnim za lasersko zračenje, bez zahteva za pripremom
uzorka. To je čini pogodnom za mnoge primene, poput kontrole kvaliteta, zaštite
čovekove okoline, recikliranje materijala i analize u nedostupnim sredinama.
Kvantitativna merenja pomoću LIBS-a, međutim, i dalje pokazuju nižu granicu
detekcije i generalno slabiju tačnost u odnosu na druge analitičke metode, iako je
postignut značajan napredak u pouzdanosti i preciznosti LIBS merenja za različite
tipove materijala. Razlog je nedovoljno poznavanje složene interakcije laserskog
zračenja sa ispitivanim uzorkom, koja zavisi od karakteristika lasera (talasna dužina,
vreme trajanja impulsa, energije) i svojstva materijala ispitivanog uzorka, kao i
nedovoljna proučenost, prostorno i vremenski zavisne interakcije plazme i čestica. Kako
su kvantitativna merenja zasnovana na povezivanju (integralnog) intenziteta spektralne
linije sa gustinom svih emitujućih čestica u plazmi, i preko toga sa koncentracijom
elemenata u uzorku, razumevanje fizičkih procesa i njihove povezanosti u laserski
indukovanoj plazmi od suštinskog je značaja za analitičke primene. Najveći deo
informacija iz LIBS-a dobija se analizom zračenja plazme. Emisioni spektar je diskretan
i sastoji se od atomskih, jonskih i molekulskih linija elemenata prisutnih u plazmi
(metala, oksida, stena, legura, itd.). čijim ispitivanjem se može izvršiti detaljna analiza i
dijagnostika plazme. Međutim, nehomogenost i vremenske promene oblika LIBS
plazme, praćene promenom parametara plazme i emisijom materijala nastalog ablacijom
u plazmenom oblaku, znatno otežavaju primenu spektroskopske dijagnostike.
Ovaj rad obuhvata analizu tehnika, brze fotografije i optičke emisione
spektroskopije, potrebnih za prostornu i vremenski razloženu dijagnostiku laserski
indukovane plazme na čvrstoj meti u vazduhu na atmosferskom pritisku. Tehnikom brze
fotografije određeno je optimalno vreme posmatranja plazme za merenje oblika i
intenziteta spektralnih linija prisutnih u plazmi, kako bi se izbegle teškoće vezane za
nehomogenost i vremensku promenljivost LIBS plazme. Pored toga uzeto je u obzir
dejstvo samoapsorpcije na oblik i intenzitet spektralnih linija. Zatim je primenjena
procedura Abel-ove inverzije za određivanje radijalne raspodele intenziteta linija
korišćenih za merenje novih Stark-ovih parametara pre svega ne-vodoničnih linija koje
su dominantne u ispitivanoj plazmi. U radu je izvršeno i nezavisno određivanje
elektronske gustine i temperature što predstavlja uslov potreban za precizno određivanje
Stark-ovih parametara. Dobijeni eksperimentalni rezultati predstavljaju značajan
doprinos za dijagnostiku i modelovanje laserski indukovanih plazmi a time i bolje
razumevanje složenih fizičkih procesa, što vodi do ostvarivanje uslova za još širu
primenu LIBS-a u različitim oblastima.
“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.