[發明專利]應用非飽和激發法測量鋰原子吸收截面的測量方法

有效

• 申請號: 201510341744.4
• 申請日: 2015-06-19
• 公開（公告）號: CN104898154B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 王鵬;柴俊杰;王亮
• 申請（專利權）人: 核工業理化工程研究院
• 主分類號: G01T1/34
• 分類號: G01T1/34
• 代理公司: 天津市宗欣專利商標代理有限公司12103
• 代理人: 胡恩河

技術領域

本發明屬于一種原子吸收截面的測量裝置及方法，具體涉及一種應用非飽和激發法測量鋰原子吸收截面的測量裝置及方法。

背景技術

在激光光譜學、原子激光法同位素分離等領域，原子能級間的吸收截面是非常重要的參數。現在測量吸收截面的主要方法是飽和激發法。飽和激發法是利用激光激發電離原子，產生離子信號，在激光功率足夠大的情況下，激發電離過程可以達到飽和，測得離子信號隨激光功率密度變化的曲線，利用離子信號的飽和值與線性區斜率值的比值計算吸收截面。飽和激發法的優點在于，截面值的大小與上下能級的自發輻射系數和飽和曲線的飽和值與斜率值的比值有關，與光作用區的原子數密度和電離產生的離子數無關。

但是在實際應用中，很多時候由于需要測量的鋰原子上下能級位置間隔較遠，吸收截面很小，比如低激發態到高里德堡態的吸收截面和低激發態的光電離截面，現有的激光功率達不到飽和激發，無法獲得飽和離子信號，此時的截面測量就依賴于準確測量位于下能級的原子數和位于上能級的原子數或離子數。

因此，為了在實驗上測量這些較小的截面，就需要對離子信號的定量測量和原子密度通量進行定量測量，離子信號的定量測量是采用法拉第筒結合皮安計的方法對微小電流信號進行定量測量，然后對時間積分得到的。原子密度通量的定量測量是利用原子吸收光譜的多普勒效應，測得真空中原子的漂移速度獲得的。

發明內容

本發明是為了克服現有技術中存在的缺點而提出的，其目的是提供一種應用非飽和激發法測量鋰原子吸收截面的測量裝置及方法。

本發明的原理是：

采用速率方程建立二能級系統光激發過程或光電離過程的動力學方程，推導出吸收截面的計算公式。利用實驗測量的離子信號隨激光功率變化的曲線，配合實驗測得的原子數與離子數，計算得到吸收截面。

本發明的技術方案是：

一種應用非飽和激發法測量鋰原子吸收截面的測量裝置，包括連接高壓的高壓極板、連接低壓且與高壓極板平行設置的柵網，離子流筒放置于柵網右側，離子流筒靠近柵網一側端面形成離子流入口，另一側端面形成離子流出口，靠近離子流出口一端的離子流筒內部對稱設置有多塊極板，離子流筒形成離子流出口的端面外部安裝有法拉第筒，法拉第筒的入口與離子流出口相對應，法拉第筒與皮安計通過信號線連接，皮安計通過信號線與計算機連接。

所述離子流筒軸線與柵網垂直設置。

所述柵網的方孔尺寸為26mm*16mm。

一種應用非飽和激發法測量鋰原子吸收截面的測量方法，包括以下步驟：

（ⅰ）根據所要測量的鋰原子吸收截面，確定其三步激發電離路徑；

（ⅱ）結合激發路徑，建立速率方程，進而推導出鋰原子吸收截面測量的計算公式；

（a）結合激發路徑，建立速率方程；

（1）

（2）

式中：n₁和n₂分別為下能級和上能級的原子數，A₁和A₂分別為下能級和上能級的自發輻射系數，W₁為下能級的受激吸收系數，W₂為上能級的受激輻射系數；

（b）忽略能級簡并，則W₁=W₂，令W₁=W₂=W

（3）

（4）

式中：I為光子通量密度，由激光功率P、周期T、脈寬τ_l、光斑面積s和光子能量hν決定，σ為原子吸收截面；

（c）將式（2）求導后，將式（1）、（2）帶入求導公式，通過化簡，得到n₂隨時間的變化，

（5）

推導出截面測量的計算公式：

（6）

式中：N₁₀為初始時刻下能級上的原子數，由基態原子數N₀決定，n₂需要通過測量過程中產生的電離信號S確定；

（ⅲ）通過脈沖時序發生器調節激光之間的延時，構造激發過程的二能級系統，實現激發過程；