TRU?NG

1
TRU?NG Ð?I H?C KHOA H?C T? NHIÊNKHOA V?T LÝB?
MÔN V?T LÝ ?NG D?NG
Các phuong pháp ch?n doán plasma
GVHD PGS. TS. Lê Van Hi?u
HVTH Nguy?n Ðang Khoa Lê Th? L?a Lý
Ng?c Th?y Tiên Tr?n Th? M? H?nh
Nguy?n Thanh Tú
2
Luu l?i thông tin c?n thi?t
Ð?a ch? b?n dã t?i http//mientayvn.com/Cao20hoc
20quang20dien20tu/Semina20tren20lop/seminar.h
tml
Noi b?n có th? th?o lu?n http//myyagy.com/mienta
y/
D?ch tài li?u tr?c tuy?n mi?n phí http//mientayv
n.com/dich_tieng_anh_chuyen_nghanh.html
D? án d?ch h?c li?u m? http//mientayvn.com/OCW/M
IT/Co.html
Liên h? v?i ngu?i qu?n lí trang web Yahoo
thanhlam1910_2006_at_yahoo.com Gmail
frbwrthes_at_gmail.com
3
(No Transcript)
4
L?CH S? PHÁT TRI?N VL PLASMA

• 1845t? Plasma duoc phát bi?u v?i ý nghia sinh
  v?t h?c
• 1923 Langmuir và Tonks g?i ch?t khí ? tr?ng thái
  d?n di?n là plasma

5
L?CH S? PHÁT TRI?N VL PLASMA

• 1667,nhà bác h?c Floreltre phát hi?n ra ng?n l?a
  dèn có tính d?n di?n.
• 1698,ti?n si Volt ngu?i Anh phát hi?n hi?n tu?ng
  phóng tia l?a di?n trong không khí khi nghiên c?u
  s? nhi?m di?n c?a h? phách
• Ð?u th? k? XIX,giáo su Pétro dã phát minh ra h?
  quang

6
L?CH S? PHÁT TRI?N VL PLASMA

• Irving Langmuir (1881 -1957) là nhà khoa h?c
  M? d?u tiên nghiên c?u v? tr?ng thái plasma,
  ngu?i du?c coi là cha d? c?a v?t lý plasma.
• Nam 1920, Langmuir mô t? thí nghi?m t?o ra kh?i
  c?u phát sáng có d?c tính du?ng nhu gi?ng sét
  hòn.
• Nam 1924, ông dua ra khái ni?m nhi?t d? di?n t?
  và phát minh ra phuong pháp ch?n doán m?t d? và
  nhi?t d? plasma b?ng d?u dò di?n.

7
L?CH S? PHÁT TRI?N VL PLASMA

• Nam 1940, Hannes Alfvén dã ch?ng minh r?ng m?t
  lo?i chuy?n d?ng t?p th? m?i, g?i là sóng
  t?-th?y d?ng l?c h?c có th? du?c sinh ra trong
  các h? plasma. Các sóng này dóng m?t vai trò quan
  tr?ng xác d?nh tính ch?t c?a plasma.

8
KHÁI NI?M PLASMA

• Theo d?nh nghia c?a Langmuir, plasma là m?t t?p
  h?p các h?t mang di?n và các h?t trung hòa ph?i
  th?a mãn
• Ði?u ki?n g?n trung hòa
• Bán kính Debye ph?i nhi?u l?n nh? hon kích thu?c
  c?a mi?n ch?a t?p h?p dó

9
M?t s? d?ng Plasma
10
T?NG QUAN V? CH?N ÐOÁN PLASMA

• Ch?n doán plasma là nghiên c?u các hi?n tu?ng v?t
  lý ti?n tri?n bên trong plasma, t? dó suy ra các
  tính ch?t c?a plasma.
• Phuong pháp ch?n doán plasma là các phuong pháp
  do nhi?t d?, m?t d?, thành ph?n plasma.

• Khó khan trong vi?c thi?t l?p mô hình lý thuy?t
• Ph?i ti?n hành ch?n doán b?ng nhi?u phuong pháp
  khác nhau trên cùng m?t d?i tu?ng

11
Ví d? ch?n doán plasma trong tokamak
12
(No Transcript)
13
Các phuong pháp ch?n doán

Ch?n doán Thông s? plasma Ð?u dò
langmuir Nhi?t d? plasma, n?ng d?, th? plasma ..
Phân tích quang ph? phát x? nhi?t d?, n?ng
d?, thành ph?n plasma Ch?n doán chùm
notron nhi?t d? ion Giao thoa k? viba n?ng d?
electron Quay phim t?c d? cao hình ?nh
plasma Tán x? thomson N?ng d? và nhi?t
d? electron Tán x? chùm laser .
..
14
Các phuong pháp ch?n doán
Song vô tuyên
Ð?u dò Langmuir
Tán x? Thomson
Phân tích quang ph? phát x?
Ð?u dò t?
Phân tích nang lu?ng ion
Quay phim t?c d? cao
Giao thoa k? Microwaves
15
Ð?u dò tinh di?n Langmuir
16
C?u t?o d?u dò Langmuir
L?p di?n môi

• Là m?t s?i dây kim lo?i m?nh hình tr?, bên ngoài
  du?c bao b?c b?i ch?t cách di?n d?c theo chi?u
  dài, ch? d? h? mui nh?n c?a s?i dây g?i là d?u
  dò. Kích thu?c d?u dò vào c? vài mm d?n vài cm.

S?i dây kim lo?i m?nh làm b?ng Tungsten hay
Modylen,
Thép không g?
17
So d? m?c m?ch

• Ði?u ch?nh bi?n tr?? Uanode-d?u dò thay d?i ?
  Id?u dò thay d?i Ampe k? và Vôn k? xác d?nh s?
  ph? thu?c c?a Id?u dò vào Uanode-d?u dò ? Các
  d?c trung c?a plasma (ne, Te)

18
S? hình thành th? n?i và th? plasma

• Khi dua d?u dò vào trong plasma, xung quanh d?u
  dò hình thành màn ch?n tinh di?n, xung quanh d?u
  dò hình thành m?t di?n tru?ng
• Ði?n tru?ng này ngan các electron di d?n g?n d?u
  dò
• Sau m?t th?i gian s? x?y ra s? cân b?ng, th? khi
  cân b?ng g?i là th? n?i Vf
• Lúc này trong plasma cung cân b?ng và có th? g?i
  là th? plasma Vp

19
Ti?n hành thay d?i th? d?u dò

• Khi th? d?u dò Vgt Vp các ion duong d?n d?u dò
  s? b? d?y tr? l?i môi tru?ng plasma d?ng th?i các
  electron b? hút vào d?u dò,
• Khi th? d?u dò Vlt Vp thì ngu?c l?i, các ion
  duong b? hút vào d?u dò trong khi dó các electron
  b? d?y ra xa d?u dò.
• Khi th? d?u dò V Vf khi dòng t?ng c?ng qua d?u
  dò b?ng không t
• V?y dòng qua d?u dò có th? là dòng âm ho?c dòng
  duong là tùy thu?c vào hi?u th? plasma Vp v?i d?u
  dò V,

20
M?t d? dòng electron d?n d?u dò
M?t d? dòng ion d?n d?u dò
cu?ng d? dòng t?ng c?ng mà d?u dò thu du?c
21
Cu?ng d? dòng di?n qua d?u dò
Trong dó A là ti?t di?n c?a d?u dò Mi kh?i
lu?ng ion trong plasma me kh?i lu?ng
electron no n?ng d? electron hay ion
22
Ðu?ng d?c trung Volt - Ampere

• ?Mi?n A Khi th? d?u dò l?n hon th? plasma Vgt
  Vp các ion duong d?n d?u dò s? b? d?y tr? l?i
  môi tru?ng plasma d?ng th?i các electron b? hút
  vào d?u dò, d?u dò có th? thay th? cho anode hút
  các dòng di?n tích.

23
Ðu?ng d?c trung Volt - Ampere
Mi?n B Khi th? d?u dò V Vp, lúc này không t?n
t?i màn ch?n di?n bao quanh d?u dò.
B? m?t d?u dò thu nh?n dòng ion và electron va
ch?m vào nó, nhung dòng electron l?n hon r?t
nhi?u dòng ion nên nó x?p x? b?ng
24

• ? Mi?n C V lt Vp, d?u dò b?t d?u d?y các e và
  hút các ion duong v? phía d?u dò. Ch? có các e
  nào có d? d?ng nang m?i t?i du?c d?u dò.

Th? plasma Vp
Th? n?i Vf
Ði?n th?
Khi VVf
Nhi?t d? e
25

• ? Mi?n D V lt Vf , các ion duong có chuy?n d?ng
  ng?u nhiên xuyên qua vùng màn ch?n tinh di?n s?
  b? d?u dò thu nh?n, cùng v?i nó l?p màn ch?n b?
  m?ng di do th? c?a d?u dò.

N?u V ltlt Vp thì ta ph?i xét d?n s? phát x? di?n
t? th? c?p và các electron th? c?p này va ch?m
m?nh v?i dòng ion t?i d?u dò). Dòng ion
26
Xác d?nh các d?c trung c?a plasma
Nhi?t d? e
N?ng d? e hay ion duong
Cu?ng d? dòng electron bão hòa khi VVP
V?i Te dã xác d?nh ? trên, ta có th? tính du?c n0
27
Ð?U DÒ PHÁT X? (Emissive probe)
1. C?U TRÚC
28
Ð?U DÒ PHÁT X?
2. Ho?t d?ng.

• D?a trên nguyên lí co b?n là N?u th? d?u dò là
  duong so v?i th? plasma, các electron phát ra v?i
  nang lu?ng th?p b? hút tr? l?i d?u dò. Trong
  tru?ng h?p này dòng d?u dò là không thay d?i b?i
  s? phát x? ra các electron. N?u th? d?u dò là âm
  so v?i th? plasma, các electron phát x? có th? di
  vào plasma.

29
Ð?U DÒ PHÁT X?

• N?u d?u dò du?c nung nóng cho d?n khi phát x? ra
  electron, dòng d?u dò t?ng c?ng, là m?t hàm c?a
  di?n th? d?u dò, du?c cho b?i công th?c

Dòng phát x?
V?i Aem là di?n tích phát x? , A là
h?ng s? Richardson, T? là nhi?t d? c?a
d?u dò là công thoát di?n t? b? m?t
d?u dò.
30
Ð?U DÒ PHÁT X?
31
Ð?U DÒ PHÁT X?
Phuong pháp do

• Ð? do th? plasma v?i d?u dò phát x? ngu?i ta dùng
  2 phuong pháp chính
• Phuong pháp th? u?n
• Phuong pháp th? n?i

32
Phuong pháp th? u?n
Ð?U DÒ PHÁT X?

• Nguyên t?c c?a phuong pháp này là d?a trên vi?c
  xác d?nh tr?c ti?p th? plasma t? du?ng d?c trung
  d?u dò phát x?. Th? mà t?i dó xu?t hi?n di?m u?n
  trên du?ng d?c trung c?a d?u dò phát x? tuong ?ng
  v?i th? plasma.

33
Phuong pháp th? n?i
Ð?U DÒ PHÁT X?

• Phuong pháp này bao g?m vi?c do các th? n?i c?a
  d?u dò ? các dòng nhi?t khác nhau. Khi dòng nhi?t
  tang lên, th? n?i c?a d?u dò s? d?ch chuy?n
  (tang) cho d?n khi nó d?t giá tr? bão hòa ?ng v?i
  th? plasma.

34
Ð?U DÒ PHÁT X?
So d? m?ch di?n d?u dò trong plasma
35
Ð?U DÒ FARADAY(Faraday probe)
Ð?u dò Faraday là m?t d?ng c? d? do m?t d? dòng
di?n Các lo?i d?u dò
36
Ð?U DÒ FARADAY
Ð?u dò có hai b? ph?n chính Vành góp Vòng
b?o v?
37
Vành góp
Ð?U DÒ FARADAY
Làm b?ng thép không r? Ðu?c phun m?t l?p
tungsten d? làm gi?m s? phát x? electron th? c?p
t? s? b?n phá ion
38
Ð?U DÒ FARADAY

• Vòng b?o v?

Dùng d? che ch?n vành góp kh?i các ion nang lu?ng
th?p d?n t? du?ng phía bên ngoài vành góp.
39
Ð?U DÒ FARADAY

• Ho?t d?ng
• Khi các ion d?p vào b? m?t c?a vành góp, các
  electron ch?a trong ph?n kim lo?i c?a d?u dò
  Faraday tuôn ra b? m?t d?u dò d? trung hòa các
  ion t?p trung trên b? m?t
• Các electron di chuy?n t?o ra dòng di?n d?u dò,
  dòng này b?ng v?i dòng ion.
• M?t d? dòng du?c xác d?nh b?i t? s? c?a dòng ion
  và di?n tích c?a vành góp.
• J I/A

40
Ð?U DÒ FARADAY
Trong th?c nghi?m Ngu?i ta s? d?ng vôn k? d? do
di?n th? d?u dò V, sau dó m?t d? dòng s? du?c
tính nhu sau
V?i R là di?n tr? trong m?ch A
là ti?t di?n d?u dò
41
Ð?U DÒ FARADAY
42
Ð?U DÒ FARADAY
Ð? th? th? hi?n s? ph? thu?c c?a m?t d? dòng vào
v? trí góc
43
PHUONG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG PH? PHÁT X?
44
I. Nguyên t?c kích thích ph? phát trong plasma

• Plasma, khi b? nung nóng d?n nhi?t d? khá cao thì
  tr? thành ngu?n b?c x? r?t m?nh. Các d?ng va ch?m
  khác nhau gi?a các h?t trong plasma là nguyên
  nhân gây ra s? phát x? tia nang lu?ng, và chính
  d?ng th?i sinh ra ph? phát x?.

45
II. Các quá trình sinh ra các phát x? nang lu?ng

• 1. B?c x? gián do?n
• 2. S? b?c x? tái h?p
• 3. S? b?c x? hãm

46
1. B?c x? gián do?n

• Các nguyên t? và các ion c?a plasma b? kích thích
  s? b?c x? photon
• Quang ph? b?c x? c?a chúng là nh?ng quang ph?
  v?ch.
• Ph? v?ch là ph? phát x? c?a các nguyên t? hóa
  h?c h?u nhu thu?ng n?m trong vùng ph? t?
  190-1000nm (vùng UVVIS). Ch? có m?t vài nguyên t?
  á kim hay kim lo?i ki?m m?i có m?t s? v?ch ph?
  n?m ngoài vùng này.

47
2. S? b?c x? tái h?p

• S? b?c x? tái h?p sinh ra khi ion thu nh?n di?n
  t?.
• S? tái h?p gi?a ion âm và di?n t? và v?i ion
  duong s? làm gi?m ion âm
• Trong quá trình tái h?p, các photon du?c b?c x?
  t?o ra quang ph? liên t?c.

Hình ?nh c?a ph? m?t tr?i
48
2. S? b?c x? tái h?p

• S? tái h?p là quá trình ngh?ch c?a quá trình ion
  hoá.

49
3. S? b?c x? hãm

• Do s? va ch?m gi?a các di?n t? v?i các ion n?ng,
  di?n t? b? m?t m?t ph?n nang lu?ng c?a mình, ph?n
  nang lu?ng này phát x? ra du?i d?ng lu?ng t? ánh
  sáng. B?c x? sinh ra khi có s? va ch?m c?a di?n
  t? v?i nguyên t? ho?c ion duong n?ng, g?i là b?c
  x? hãm.
• B?c x? hãm s? sinh ra quang ph? liên t?c

50
III. M?i quan h? gi?a cu?ng d?, nhi?t d?, m?t d?
h?t trong plasma

• Trong plasma, nguyên t? (Ao) c?a m?t nguyên t?
  du?c kích thích t? tr?ng thái nang lu?ng th?p Eo,
  lên tr?ng thái nang lu?ng cao Am du?c bi?u di?n
  theo phuong trình
• Ao XE A (a)
• Sau m?t th?i gian,nguyên t? dã b? kích thích A
  tr? v? tr?ng thái có m?c nang lu?ng th?p hon s?
  phát x? ra lu?ng t? nang lu?ng
• A hv Ao (b)

51
III. M?i quan h? gi?a cu?ng d?, nhi?t d?, m?t d?
h?t trong plasma

• N?u g?i Nm là s? nguyên t? c?a nguyên t? Ao dã b?
  kích thích d?n tr?ng thái nang lu?ng cao Am, thì
  theo quy lu?t Bolzamann ta có
• Nm Na (gm/ g0) . exp ( -?Emo/k T)

52
N?u g?i Ia là cu?ng d? c?a v?ch ph? do quá trình
kích thích ph? dã nói ? trên sinh ra,?ng v?i m?t
nhi?t d? plasma nh?t d?nh ,Ia ph? thu?c vào

• - S? nguyên t? Ao dã b? kích thích lên tr?ng thái
  A, (Nm).
• - Th?i gian t?n t?i c?a nguyên t? A ? tr?ng thái
  kích thích, (tm).
• - Nang lu?ng kích thích nguyên t? A t? tr?ng thái
  co b?n d?n tr?ng thái kích thích, (Em h?).
• - Xác su?t chuy?n m?c c?a nguyên t? A t? tr?ng
  thái kích thích nang lu?ng Am v? tr?ng thái ban
  d?u nang lu?ng Eo, (Amo).

• Ia f. (1/tm). Amo .Em. Nm
• ? I a f. (l/t m) . A m0 .Na (gm/ g0).
  h?. exp ( -?Emo/k T)

53
Ð?i v?i m?t lo?i nguyên t? và trong m?t nhi?t d?
plasma nh?t d?nh thì các y?u t? Amo, go, gm, Cm,
hv là nh?ng h?ng s?.

• Ia ch? ph? thu?c vào Na
• I a k N a
• V?i k f. (l/t m) . A m0 (gm/ g0) h?. exp (
  -?Emo/k T)
• Nhu v?y d?i v?i quang ph? nguyên t?, ?ng v?i
  nhi?t d? nh?t d?nh c?a plasma, ta tìm du?c cu?ng
  d? c?a ph?, ta có th? tìm du?c m?t d? các nguyên
  t? trong plasma (Na).

54
Kh?o sát nhi?t d? v?t den
- V?t den là nh?ng v?t h?p th? hoàn toàn b?c x?
chi?u x? chi?u t?i, d?i v?i m?i d? dài sóng và
d?i v?i m?i góc t?i. - Th?c t? không có v?t den
tuy?t d?i.

• Ngu?i ta t?o ra v?t den b?ng cách dùng m?t bình C
  có d?c m?t l? th?ng nh?, bên trong bôi den b?ng
  m? hóng, (có th? coi là v?t den),b?c x? khi di
  qua l? h?ng bên trong bình, ph?n x? nhi?u l?n
  liên ti?p bên trong bình, do dó h?u h?t nang
  lu?ng b?c x? d?u b? h?p th?. Di?n tích l? h?ng
  v?a là b? m?t h?p th?, v?a là b? m?t b?c x?.

55
Ðu?ng d?c trung ph? phát x? c?a v?t den

• B?c x? phát ra b?i m?t v?t g?m nhi?u don s?c,
  nang lu?ng phát ra ?ng v?i m?i don s?c không b?ng
  nhau và du?c d?c trung b?i h? s? chói nang lu?ng
  don s?c E?.
• Ðu?ng cong bi?u di?n s? bi?n thiên c?a E? theo
  bu?c sóng ? du?c g?i là du?ng d?c trung ph? phát
  x? c?a v?t.

56
Ta xác d?nh du?c d?c trung ph? phát x? c?a v?t
den b?ng thí nghi?m
A
C
Ðu?ng cong bi?u di?n s? bi?n thiên c?a d? ch?
trên di?n k? G theo d? dài sóng c?a b?c x? ra b?i
v?t den A chính là du?ng cong bi?u di?n s? bi?n
thiên c?a E? theo ? hay chính là du?ng d?c trung
ph? phát x? c?a v?t den.
57
B?ng cách thay d?i nhi?t d? cu? v?t den, ta v?
du?c nhi?u d?c trung ?ng v?i nhi?u nhi?t d? khác
nhau

• Nh?n xét
• Nh?n xét du?ng d?c trung trên, ta th?y E? c?c
  d?i ?ng v?i m?t d? dài sóng ?m
• Nang su?t phát x? toàn ph?n R tang r?t nhanh
  theo nhi?t d? T c?a v?t den
• Nhi?t d? c?a v?t den càng cao thì tr? s? c?a ?m
  càng ti?n v? phía d? dài sóng ng?n.

58
Nhi?t d? b?c x? c?a v?t th?c

• R là nang su?t phát x? toàn ph?n
• V?i các v?t den, nang su?t phát x? toàn ph?n Rvd
  tuân theo d?nh lu?t Bolzamann
• Rvd T4
• V?i các v?t th?c (không den) thì nang su?t phát
  x? toàn ph?n R lt R vd
• V?y R lt T4

59
Nhi?t d? b?c x? c?a v?t th?c

• - Ð?t R bT 4 , v?i b là d? den c?a v?t, ph?
  thu?c vào tính ch?t và nhi?t d? c?a v?t ( b lt1)
• - N?u ta xét nhi?t d? T ? c?a m?t v?t den có nang
  su?t phát x? toàn ph?n b?ng nang su?t phát x? c?a
  m?t v?t th?c ? nhi?t d? T thì T ? là nhi?t d? b?c
  x? c?a v?t th?c.
• Ta có T ? 4 b T4
• V?y nhi?t d? th?c c?a v?t th?c là
• N?u xác d?nh du?c nhi?t d? b?c x? T ? c?a v?t
  th?c, ta suy ra nhi?t d? th?c T c?a nó

60
?ng d?ng Ho? k? quang h?c

• Ho? k? dùng d? do các nhi?t d? cao nhi?t d? c?a
  m?t v?t nung d?, nhi?t d? c?a lò luy?n kim.

61

• Chùm b?c x? phát ra t? ngu?n A ( dóng vai trò là
  v?t den nhu c?a s? c?a m?t lò luy?n kim), h?i t?
  vào m?t dia nh? K b?ng b?c bôi den. Ð? chói c?a
  ?nh A ? trên dia K b?ng d? chói c?a ngu?n A.
  Nhi?t d? c?a dia K du?c do b?ng m?t c?p nhi?t
  di?n và m?t di?n k? G có d? nh?y l?n. Nhi?t d?
  này t? l? v?i d? chói c?a ?nh A ?, do dó t? l?
  v?i d? chói c?a v?t den A. B?ng m?t bang do m?u
  nhi?t d? có s?n, ta suy ra nhi?t d? c?a A b?ng
  cách d?c s? ch? c?a di?n k? G
• N?u A không ph?i v?t den thì nhi?t d? du?c ch? là
  nhi?t d? b?c x? T ? c?a v?t.
• Nhi?t d? th?c c?a A là T v?i T du?c tính theo
  bi?u th?c

62
B? phân tích nang lu?ng dùng b?n cong
? Là phuong pháp phân tích nang lu?ng ion dùng
kh?i ph? k?. ? Cho bi?t thông tin v? hàm phân b?
nang lu?ng và hàm phân b? kh?i lu?ng c?a các ion
t? kh?i plasma
63
NGUYÊN T?C CHU?N ÐOÁN
? Trong plasma, m?t s? các ion duong du?c gia
t?c,vu?t ra kh?i mi?n bao plasma và di vào m?t
kh?u d? nh?, d?n c?p b?n cong d?t song song v?i
nhau ? Các ion này chuy?n d?ng trong di?n tru?ng
gi?a 2 b?n cong ? Ch? có các ion chuy?n d?ng
theo du?ng cong chính gi?a 2 b?n cong di qua khe
thoát d?n detector
64
XÁC Ð?NH NANG LU?NG ION

• ? Ði?n tru?ng gi?a 2 b?n cong tác d?ng l?c lên
  các ion làm chúng chuy?n d?ng theo qu? d?o cong,
  lúc này l?c di?n tru?ng dóng vai trò l?c hu?ng
  tâm

? Ði?n tru?ng xuyên tâm Er gi?a 2 b?n cong có bán
kính cong trung bình R x?p x? b?ng di?n tru?ng
gi?a 2 b?n t? song song cách nhau m?t kho?ng d,
và hi?u di?n th? gi?a 2 b?n t? 2VA
? Nang lu?ng Joule c?a các ion có kh?i lu?ng M,
v?n t?c vi
?Th? pt (1),(2) vào (3),ta có
(eV) Nang lu?ng ion v?i di?n th? DC áp vào 2
b?n cong
65
T? l? v?i ? Ði?n th? áp vào các b?n cong ?
D?ng hình h?c c?a các b?n cong
66
KH?I PH? K?
Là d?ng c? d? tách các h?t ch?t b? ion hóa theo
kh?i lu?ng c?a chúng , ho?t d?ng d?a trên tác
d?ng c?a di?n tru?ng ho?c t? tru?ng lên chùm ion
bay trong không gian
67
B? PHÂN TÍCH
? Là b? ph?n phân ly các ion có kh?i lu?ng khác
nhau thành t?ng ph?n d?a vào s? làm ch?ch hu?ng
c?a các ion so v?i qu? d?o ban d?u c?a chúng khi
di vào di?n, t? tru?ng tùy theo t? s? m/z
(mass/charge). ? Ði?m m?u ch?t c?a ki thu?t là
d? phân gi?i t?t, phép do kh?i lu?ng chính xác,
nh?y
CÁC LO?I B? PHÂN TÍCH ? B? phân tích t? có d?
phân gi?i l?n nhung c?ng k?nh ? B? phân tích t?
c?c có d? phân gi?i d? l?n,c?u trúc g?n nh? ? B?
phân tích theo th?i gian bay có c?u trúc g?n nh?
nhung d? phân gi?i th?p ? B? phân tích c?ng hu?ng
ion cyclotron không du?c s? d?ng ph? bi?n
68
B? PHÂN TÍCH T? C?C
? C?u t?o g?m có 4 tr?c, du?c d?t song song t?ng
dôi m?t. Hai tr?c d?i nhau du?c cung c?p di?n th?
(UV cos ?t), hai tr?c d?i nhau còn l?i du?c
cung c?p di?n th? -(UV cos ?t)
-(UVcos?t)
(UVcos?t)
Udi?n th? m?t chi?u V di?n th? xoay chi?u
69
B? PHÂN TÍCH T? C?C
? Ho?t d?ng Tác d?ng c?a di?n th? gi?a các tr?
làm thay d?i qu? d?o c?a các ion vào dúng du?ng
chính gi?a c?a 4 tr?. S? di?u ch?nh dòng AC va DC
ch? cho các ion có cùng t? s? m/z d?n detector
t?i m?t th?i di?m, còn nh?ng ion khác du?c dua v?
qu? d?o ban d?u. Ph? kh?i lu?ng nh?n du?c là do
s? di?u khi?n qu? d?o c?a các ion b?ng cách thay
d?i di?n áp trên các tr?. Có 2 cách thay d?i di?n
áp thay d?i ?, còn U,V là không d?i ho?c thay
d?i U,V sao cho U/V const
70
T? C?C CÓ KH? NANG THAY Ð?I CH? Ð? TRUY?N
71
PHÉP ÐO TR?C TI?P HÀM PHÂN B? NANG LU?NG KHÔNG
DÙNG B? PHÂN TÍCH
72
PHÉP ÐO HÀM PHÂN B? NANG LU?NG DÙNG B? PHÂN TÍCH
T? C?C
73
GIAO THOA KÊ VIBA (MICROWAVE INTERFEROMETRY)
74
GIOI THIÊ?U CHUNG
Tác d?ng
Ðo mâ?t dô? electron cu?a dong plasma phat
sang.
Uu diê?m
Không lam xao trô?n, va gây ra nhung hiê?u
ung không dang kê? trên plasma
Nguyên tac
Nguyên tac hoa?t dô?ng du?a vao su? thay dô?i
pha cu?a chum song viba khi no di qua cô?t
plasma. Su? thay dô?i pha ti? lê? voi tich phân
mâ?t dô? do?c theo duong dân chum tia. Su?
thay dô?i pha duo?c xac di?nh du?a vao giao
thoa kê
75
PHUONG PHÁP
B?c x? du?c làm ch?m l?i khi qua môi tru?ng
plasma (có ch? s? khúc x? l?n hon 1 ).So sánh
pha c?a b?c x? du?c làm ch?m này v?i pha c?a
b?c x? khi không qua plasma..Xác d?nh d? l?ch
pha c?a hai b?c x? này , t? dó xác d?nh du?c m?t
d? c?a electron có trong plasma.
76
CO S? LÝ THUY?T
Quan hê? giua pha do duo?c (rad) va phân thu?c
cu?a chi? sô khuc xa? duo?c cho bo?i
Chi? sô khuc xa? chuâ?n cu?a giao thoa kê
Chi? sô khuc xa? cu?a ông plasma
L quang duong truyên cu?a song viba trong
plasma (m)
77
CO S? LÝ THUY?T
Khi tân sô va cha?m nho? hon tân sô cu?a
song viba, ta co phân thu?c cu?a chi? sô
khuc xa? trong plasma không nhiêm tu la
Trong do mâ?t dô? electron
(electron/m3) mâ?t dô? gioi ha?n (mâ?t dô?
cat) (electron/m3)
electrons/m3.
78
CO S? LÝ THUY?T
Trong hâu hêt plasma phong diê?n phat
sang ne (x) ltlt nc
(1. 4)
Thay 1.4 vao 1.1 ta duo?c
(1. 5)
la tân sô cu?a buc xa? viba (Hz)
79
CO S? LÝ THUY?T
Mâ?t dô? trung binh cu?a electron trong plasma
duo?c di?nh nghia
(1. 6)
Thay 1.6 vao 1.5 ta co
(1. 7)
(1. 8)
80
XÁC Ð?NH Ð? L?CH PHA

• Dùng giao thoa k? Michelson xác d?nh d? l?ch pha

microwave
- Ð? kh?c ph?c vi?c tín hi?u qua plasma hai l?n
ngu?i ta dùng giao thoa k? Mach-Zehnder (
qua môi tru?ng plasma 1 l?n)
81
Dùng giao thoa k? Mach Zehnder
plasma
microwave
Tín hi?u ch? qua plasma 1 l?n
82
Giao thoa kê Mach-Zehnder
83
(No Transcript)
84
PHUONG PHÁP QUAY PHIM T?C Ð? CAO
Công d?ng quan sát hình ?nh plasma -Th?i
gian x?y ra s? phóng di?n xung trong ch?t khí ch?
b?ng m?t ph?n tri?u c?a giây. Vì v?y c?n thi?t
ph?i có s? ch?p ?nh và quay phim c?c nhanh d? ghi
l?i hình ?nh c?a plasma. - Hi?n nay ngành v?t
lý th?c nghi?m dã du?c trang b? nh?ng bu?ng chi?u
phim và máy quay phim c?c nhanh có th? ghi du?c
10 000 000 b?c ?nh trong m?t giây. - Phuong
pháp ch?p ?nh nhanh và quay phim c?c nhanh dã
mang l?i nh?ng k?t qu? t?t d?p trong nghiên c?u
nh?ng quá trình ti?n tri?n nhanh. Ví d? nhu s?
phóng di?n xung, tia l?a di?n và ch?p.
85
HÌNH ?NH QUAN SÁT PLASMA
86
HÌNH ?NH QUAN SÁT PLASMA
87
(No Transcript)
88
HÌNH ?NH QUAN SÁT PLASMA
89
HÌNH ?NH QUAN SÁT PLASMA
90
?nh ch?p plasma ? t?ng th?i di?m khác nhau
91
M?t s? phuong pháp ch?n doán khác
S? d?ng d?u dò t? Dùng sóng vô tuy?n Tán x?
Thomson Tán x? Rayleigh, tán x? Raman Phuong pháp
LIF-Laser Induced Fluorescence
92
Ð?u dò t?

• C?u t?o
• Ð?u dò t? tru?ng là m?t vòng dây r?t nh? du?ng
  kính ch? vào kho?ng 1mm
• Vòng dây du?c gi? v?ng ? d?u ?ng phóng di?n nh?
  b?ng th?ch anh.

93

• Nguyên t?c ho?t d?ng
• Ð?u dò du?c dua vào trong plasma
• S? bi?n thiên t? tru?ng trong vòng dây làm di?n
  áp hai d?u c?a d?u dò thay d?i
• M?t máy dao d?ng ký ghi l?i s? thay d?i di?n áp.
• D?a vào s? thay d?i di?n áp ta bi?t du?c s? phân
  b? t? tru?ng trong plasma

94

• Vai trò
• Cho bi?t du?c s? phân b? cu?ng d? t? tru?ng trong
  ?ng phóng di?n
• Khi bi?t s? phân b? t? tru?ng, ta có th? thi?t
  l?p s? phân b? dòng di?n trong plasma.
• Nhu?c di?m
• d?u dò b? b?c hoi, làm xu?t hi?n nh?ng t?p ch?t
  trong plasma.

95
Ch?n doán Plasma ? t?ng di?n ly b?ng sóng vô tuy?n
96
T?ng di?n ly (ionosphere)
T?ng di?n ly là t?ng ? trên cùng c?a khí quy?n do
tác d?ng c?a M?t Tr?i b? ion hóa Plasma ? t?ng
di?n ly có 3 lo?i h?t trung hòa, ion và electron.
97
C?u trúc t?ng di?n ly
98
T?n s? plasma
ne n?ng d? electron M kh?i lu?ng electron e
di?n tích electron

• S? lan truy?n sóng di?n t? trong plasma
• N?u t?n s? sóng di?n t? fltfp sóng b? ph?n x?
  ngu?c tr? l?i
• N?u t?n s? sóng di?n t? fgtfp sóng truy?n qua
  plasma
• Sóng vô tuy?n có t?n s? th?p nên b? ph?n x? b?i
  t?ng di?n ly do dó d? ch?n doán plasma c?a t?ng
  di?n ly ngu?i ta thu?ng dùng sóng vô tuy?n

99
S? ph?n x? du?c dùng d? dó chi?u cao và n?ng d?
c?a t?ng di?n ly

• T?ng di?n ly g?m nhi?u l?p, khi t?n s? sóng l?n
  hon thì nó b? ph?n x? ? l?p cao hon và ngu?c l?i
• Phát tín hi?u sóng vô tuy?n có t?ng s? xác d?nh
  lên t?ng di?n ly và thu lai tín hi?u ph?n x? ta
  có th? xác d?nh du?c n?ng d? plasma

Lower frequency
Higher frequency
100
Gi?i thi?u m?t s? phép ch?n doán

• M?t máy phát sóng vô tuy?n s? phát sóng lên t?ng
  di?n ly
• M?t máy thu s? thu nh?n tín hi?u ph?n x?
• Tín hi?u thu du?c s? du?c x? lý du?i d?ng ph?
• Du?i dây là m?t ví d? minh h?a
• Ð? th? g?m 2 tr?c, tr?c t?n s? và tr?c nang lu?ng

101
N?ng d?

• N?ng d? c?a vùng plasma t? l? v?i t?ng nang
  lu?ng ph?n x? tr? v?
• Ð? th? trên gây ra b?i vùng có n?ng d? plasma
  cao,
• Ð? th? du?i tuong ?ng v?i vùng có n?ng d? th?p

102
Nhi?t d? ion
Cool Ions

• V?n t?c c?a ion t? l? v?i d? r?ng c?a tín hi?u,
• Ði?u này gây ra b?i hi?u ?ng m? r?ng v?ch ph?
  Doppler
• Nhi?t d? Ion có th? du?c tính t? v?n t?c và kh?i
  lu?ng c?a nó theo công th?c

Hot Ions
m v2 3 k T m kh?i lu?ng ion v v?n t?c
ion k h?ng s? Boltzmann (1.38 10-23 J/K) T
nhi?t d? ion ( K)
103
Nhi?t d? Electron

• Nhi?t d? electrons thu?ng cao hon nhi?t d? ion
• Liên h? gi?a nhi?t d? c?a chúng tuong ?ng v?i
  liên h? gi?a d?nh ph? và ch? lõm trên d? th?

Hot electrons
Cool electrons
104
Tán x? Thomson

• Tán x? Thomson là tán x? c?a photon ánh sáng v?i
  các electron t? do trong plasma
• D?a vào s? photon b? tán x? ta bi?t du?c n?ng d?
  electron có trong plasma. B? ph?n thu (detector)
  s? ghi nh?n s? photon b? tán x? và x? lý cho
  hình ?nh ph?.
• Ð? m? r?ng c?a ph? theo hi?u ?ng dopper cho bi?t
  v?n t?c c?a electron t? dó suy ra nhi?t d? c?a
  electron

105
S? d? ch?n doán
106
B? trí thí nghi?m tán x? Thomson t?i phòng thí
nghi?m Polydiagnostic (Hà lan)
107
Tán x? Rayleigh và Raman

• Tán x? Rayleigh là tán x? c?a photon ánh sáng v?i
  các h?t n?ng (ion, nguyên t?) trong plasma
• Tán x? raman phân t? cung làm tán x? photon nhu
  nguyên t?, tuy nhiên d?i v?i phân t? ph?i xét
  d?n nang luong quay hay dao d?ng, vì v?y ph? tán
  x? có nhi?u d?nh
• Cách ti?n hành ch?n doán tuong t? nhu tán x?
  Thomson, trên co s? ph? thu du?c ta xác d?nh du?c
  nhi?t d? và n?ng d? các h?t n?ng

108
Ph? tán x? Raman và Rayleigh
109
Phuong pháp LIF - Laser Induced Fluorescence

• S? d?ng ngu?n sáng laser d? kích thích các
  nguyên t? ? các m?c nang lu?ng , m?t s? nguyên t?
  nh?n nang lu?ng d? chuy?n lên các m?c kích thích
  cao hon và sau dó b?c x? ánh sáng hu?nh quang v?i
  m?t s? bu?c sóng nh?t d?nh
• B?c x? hu?nh quang thu du?c nh? m?t detector và
  x? lý b?ng máy tính, d?a trên ph? thu du?c ta xác
  d?nh du?c n?ng d? h?t
• Ngu?n laser thu?ng dùng là laser màu (330-900 nm)
  ho?c laser Nd-YAG laser (380-900 nm)

110

• So d? kích thích th?y ngân
• Ngu?n laser bom có bu?c sóng 546.1 nm (màu d?),
• Tín hi?u hu?nh quang LIF có th? là 435 nm ho?c
  405 nm.