收藏本站
《吉林大学》 2012年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

几种稀土原子离子的能级自然辐射寿命测量研究

凤艳艳  
【摘要】:在原子光谱数据中,原子和离子的辐射跃迁参数(能级的自然辐射寿命、分支比、跃迁几率和振子强度等)对原子物理、等离子体物理和天体物理等领域的发展而言是一类极其重要的光谱学数据。由于稀土元素在许多领域有广泛而重要的应用,人们一直非常重视对稀土元素原子、离子辐射跃迁参数的研究。随着激光器的发明,激光光谱技术得到迅猛发展,这为原子离子辐射特性参数的研究提供了强有力的工具。 本论文运用时间分辨激光光谱技术以及激光等离子体产生自由原子离子的方法,用可调谐紫外(UV)激光作为激发光源,对Tb I、La I、Gd I和GdII四种稀土元素原子离子的紫外波段能级的自然辐射寿命进行了实验测量研究。 可调谐UV激光是通过对染料激光进行波长扩展获得的。用一台355 nmNd3+:YAG激光器(8 ns脉宽)泵浦一台染料激光器,然后用一块非线性光学晶体(BBO晶体)对染料激光进行倍频得到UV激光,有时也用氢气拉曼频移器对倍频光作进一步的波长拓展。本文工作所用染料共有三种,分别为DCM,Rhodamine 6G和Coumarin 307。原子和离子束采用激光烧蚀技术获得,将Nd~(3+):YAG激光器产生的532 nm纳秒脉冲激光聚焦到真空系统中的旋转金属靶上,烧蚀产生等离子体,其中便包含一定数量的中性原子和低价态离子,作为研究所需的自由原子或离子源。激发脉冲与烧蚀脉冲间的时间间隔由一台高精度数字延时脉冲发生器控制。激发光与原子离子的相互作用在真空系统中进行。真空系统由一个机械泵和一个涡轮分子泵联合抽真空,实验时真空度一般要低于3×10~(–3)Pa。为了消除地磁场诱导的量子拍效应,同时在一定程度上抑制复合背景光对测量的影响,实验中在激发光与原子离子的作用区施加约100 G的磁场。当原子或离子被激发到目标能级后,将自发地向下能级弛豫,同时产生荧光。为了采集荧光信号,我们使用光栅单色仪选择合适的荧光观测通道,由光电倍增管和500 MHz数字存储示波器进行探测和记录。为了获得高信噪比,我们通常选择线强较强且受激发光的杂散光影响较小的荧光通道作为观测通道。对寿命大于80 ns的长寿命能级,直接采用最小二乘法e指数拟合,而对较短寿命能级,则采用解卷积拟合法确定其寿命值。对于每个测量能级,均在不同实验条件下进行多次测量,即,采集记录多个荧光衰减曲线,对所有曲线得到的寿命值取平均作为最后结果。 由于稀土元素原子和离子能级比较密集,而染料激光有一定线宽(0.08cm~(-1)),为确保探测到的荧光信号是目标能级发出的,需谨慎选择激发波长,以避免多个能级被同时激发而导致测量错误或不准确。因此,实验前需根据可靠的能级位置数据计算出待测原子(离子)和可能构成干扰的离子(原子)所有能级的激发通道和荧光通道,以选择既可准确测出寿命又比较简单的激发方案。对于某些能级,我们分别采用两种激发波长测量其寿命。 在测量过程中,需要尽力避免各种效应(如碰撞效应、飞出视场效应、辐射陷阱效应、饱和效应等)对寿命测量的影响。文中,我们对这些效应的本质进行了分析,实验中通过谨慎地改变和优化实验条件(如真空系统压强、烧蚀激光强度、单色仪狭缝宽度以及激发光强度等)来检测并消除上述可能存在的效应,从而实现寿命的较准确测量。例如,可通过提高真空系统的真空度或者降低烧蚀激光能量来消除碰撞效应;增加激发光与烧蚀光脉冲间的延迟时间可改变原子的数密度及运动速度,是排除碰撞效应和飞出视场效应的有效方法。 本文的研究内容可分为三个部分。(一)测量了27条位于27220.46至33293.14 cm~(-1)之间的Tb I奇宇称能级的自然辐射寿命,其中25个寿命值是文献中未见报道的。(二)测量了56条位于23874.95至40910.11 cm~(-1)之间的La I奇宇称能级的自然辐射寿命,其中45个寿命结果属首次测量报道,所测大部分能级位于30000 cm~(-1)以上,该范围的寿命测量工作的文献报道很少。(三)针对钆元素,测量了Gd I的94条位于29717.231至41692.155 cm~(-1)之间的偶宇称能级的自然辐射寿命,其中60条能级位于37000 cm~(-1)以上,属于首次测量。另外,还测量了Gd II的10条位于38057.954至49291.082 cm~(-1)之间的偶宇称能级的自然辐射寿命,其中42000 cm~(-1)以上能级的寿命测量工作也属首次。本论文寿命结果的测量误差均小于±10%,包括系统误差和散射误差。其中的系统误差是多次测量结果的系统误差的平均值,单次测量的系统误差反映了寿命拟合结果的不确定性,它主要由激发脉冲的不稳定性和光电倍增管渡越时间抖动引起;而散射误差反映了多次测量结果的统计涨落。 本文的寿命研究结果,不仅为这些原子体系的结构和动力学过程的理论计算研究提供了大量重要的实验参考数据,而且对于认识这些原子体系的能级辐射特性也具有直接的参考价值。另外,如果能获得所研究能级的跃迁分支比的实验或理论数据,结合本文的寿命结果可确定相应跃迁的跃迁几率和绝对振子强度,从而为天体光谱分析、等离子体诊断、激光核聚变研究等领域提供一系列更有价值的原子数据。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:O562.1

手机知网App
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 马靖,陆同兴;振铃光谱技术中腔内光场的涨落计算[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2001年03期
2 唐晓闩,杨锐,郑贤锋,凤尔银,马靖,季学韩,崔执凤;激光烧蚀铝等离子体中离子特性的实验研究[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2002年02期
3 李慧敏;傅院霞;张先燚;季学韩;凤尔银;崔执凤;;三能级系统的(1+1′+1′)共振电离动力学的理论研究[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2006年05期
4 涂彩;袁心强;;LIBS分析软件的研究及其宝石学应用[J];宝石和宝石学杂志;2008年02期
5 王续跃,周锦进,胡明文,徐中耀;激光脉冲能量时空特性的试验研究[J];大连理工大学学报;1991年04期
6 刘强春;吴秋燕;慕元强;兰凤云;史磊;;苯和四氯化碳混合液的激光拉曼光谱研究[J];淮北煤炭师范学院学报(自然科学版);2009年02期
7 褚贵福,孙复兴,戴永江;光子计数法及其在微脉冲激光测距中的应用[J];光电子·激光;2001年08期
8 秦敏,谢品华,刘建国,刘文清,方武,陆钒,李昂,陆亦怀,魏庆农,窦科,张为俊;基于二极管阵列PDA的紫外可见差分吸收光谱(DOAS)系统的研究[J];光谱学与光谱分析;2005年09期
9 彭月祥,李文博,左爱斌;碘吸收激光稳频中调制信号的理论计算[J];光学技术;2004年01期
10 姚顺春;陆继东;卢志民;谢承利;李捷;潘圣华;蒋梅城;李娉;;样品形态对燃煤的激光烧蚀特性影响分析[J];光学学报;2009年04期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 王铁栋;刘文清;杜光宇;刘建国;张玉钧;洪顺坤;王敏;方曦;;机动车尾气遥测技术及其产业化研究[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
2 周锦进;王续跃;胡明文;徐中耀;;激光束能量时空特性的试验研究[A];第六届全国电加工学术年会论文集[C];1989年
3 刘海东;吴少波;房庆海;;基于LIBS技术的钢水含碳量测量方法研究[A];全国冶金自动化信息网2010年年会论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 姚顺春;激光诱导击穿光谱技术在电站运行诊断中的应用研究[D];华南理工大学;2011年
2 石里男;焊接电弧引燃过程的机理分析[D];北京工业大学;2011年
3 高楠;调谐二极管激光吸收光谱中的若干关键技术研究[D];天津大学;2012年
4 刘贵昂;类金刚石薄膜a-SiC:H薄膜及环境因素对其结构与特性的影响[D];西南交通大学;2002年
5 尼启良;液体微滴喷射靶激光等离子体软X射线源研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2003年
6 彭菊芳;飞秒激光引发PSⅡ色素分子间的传能动力学[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2004年
7 张贵银;氮氧化物电子态光谱研究及光学检测[D];河北大学;2005年
8 马维光;甲烷气体分子高灵敏高分辨吸收光谱的理论与实验研究[D];山西大学;2005年
9 吴青林;高速电子学及其在量子信息技术中的应用[D];中国科学技术大学;2008年
10 张凌;固态工质激光推进的机理研究[D];中国科学技术大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 范子嘉;长脉冲激光与金属相互作用的热分析[D];长春理工大学;2010年
2 钮庆良;时间分辨光谱技术在免疫分析中的应用[D];长春理工大学;2010年
3 李晓龙;海面溢油机载多通道激光雷达系统硬件设计与实验[D];中国海洋大学;2010年
4 任伟伟;原油荧光光谱特性及分析技术研究[D];中国海洋大学;2010年
5 李鸣;Sm原子束缚态及自电离态光谱的研究[D];天津理工大学;2010年
6 王兴伟;拉曼光谱用于胃癌诊断技术的研究[D];沈阳理工大学;2010年
7 朱存光;激光诱导离解光谱技术及其定量化研究[D];烟台大学;2010年
8 沙平生;基于微晶片激光的诱导击穿光谱系统设计与研究[D];东华大学;2011年
9 刁翠英;激光等离子体中原子的激发和辐射过程研究[D];山东师范大学;2011年
10 宁乐乐;铽原子奇宇称能级自然辐射寿命的测量[D];吉林大学;2011年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱胜江;马文超;M.A.QUADER;H.EMLING;T.L.KHOO;I.AHMAD;P.J.DALY;B.K.DICHTER;M.DRIGERT;U.GARG;Z.W.GRABOWSKI;R.HOLZMANN;R.V.F.IANSSENS;M.PIIPARINEN;W.H.TRZASKA;T.-F.WANG;;~(153)Dy高自旋态的能级结构及缺中子Dy核的形状随中子数与自旋态的变化[J];高能物理与核物理;1990年12期
2 井孝功,赵永芳,李林松,李铁津;圆柱形人造原子的能级结构及电子几率密度分布[J];原子与分子物理学报;1999年03期
3 杨智军,刘谢进,李徽;三价原子的非相对论能级结构理论[J];原子与分子物理学报;2004年04期
4 郝玉英;高志翔;王华;周禾丰;马国章;刘旭光;许并社;;水杨醛缩苯胺锌及其薄膜的谱学性能[J];光谱学与光谱分析;2006年03期
5 王秋云;谢安东;朱正和;;ZnO分子结构和发光特性[J];原子与分子物理学报;2006年06期
6 周贤菊;任重丹;罗斌;冯乔春;;Cs_2NaYF_6:Ho~(3+)的电子光谱与能级结构分析[J];光谱学与光谱分析;2010年08期
7 杨能勋;金佛荣;;用Dirac-Fock计算方法对类镁离子价电子体系的研究[J];四川师范大学学报(自然科学版);2011年05期
8 刘颖,李明非,竺礼华 ,吴晓光 ,贺创业 ,崔兴柱,李立华 ,王治民 ,李广生 ,温书贤 ,霍俊德,杨春祥;~(155)Tm核的能级结构[J];中国原子能科学研究院年报;2004年00期
9 冯启元;;Smith经验公式的理论推导[J];内蒙古大学学报(自然科学版);1979年01期
10 谭明亮,朱正和;Pb的类Fe、Co、Ni、Cu、Zn离子(Pb~(52+)-Pb~(56+))能级和跃迁的相对论计算[J];原子与分子物理学报;1997年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 马英君;小松原哲郎;Cederwall B;Nyberg J;张玉虎;古野兴平;王守宇;李容俊;Sletten G;Hagemann G;Jensen H;Gjorup N;刘运祚;;~(125)Cs的能级结构[A];第十二届全国核物理大会暨第七届会员代表大会论文摘要集[C];2004年
2 王守宇;马英君;T.Komatsubara;刘运祚;张玉虎;K.Furuno;G.BHagcmann;;~(123)I的高自旋态能级结构[A];第十二届全国核物理大会暨第七届会员代表大会论文摘要集[C];2004年
3 张世英;林静;;科技队伍能级结构分析[A];发展战略与系统工程——第五届系统工程学会年会论文集[C];1986年
4 温书贤;H.Ryed A.Brockstedt;G.B.Hagemann;;~(162)Er核的能级结构[A];第九届全国核物理大会论文摘要汇编[C];1994年
5 孙铁英;龙兴贵;汪俊;侯氢;吴仲成;彭述明;罗顺忠;;金属Ti中He泡引起的缺陷行为[A];中国工程物理研究院科技年报(2008年版)[C];2009年
6 沈水法;余笑寒;;~(83)Sr的衰变及其子体的能级结构[A];第十届全国中高能核物理大会暨第五届全国中高能核物理专题研讨会论文摘要集[C];2004年
7 沈水法;李燕;顾嘉辉;;~(76)Br的衰变及其子体的晕带能级结构[A];第十二届全国核物理大会暨第七届会员代表大会论文摘要集[C];2004年
8 沈水法;余笑寒;;~(83)Sr的衰变和~(83)Rb的能级结构[A];第十次全国核结构研讨会暨第六次全国核结构专题讨论会会议文集(二)[C];2004年
9 杨天丽;郝樊华;刘雪梅;刘钊;龙开明;汤磊;;2.44~2.6 MeV~(178)Hf核高激发态能级及性质[A];中国工程物理研究院科技年报(2008年版)[C];2009年
10 吉世印;陈明伦;;高离化态离子能级参数的系统学计算[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(上册)[C];1999年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 顾钢;德国拟重新定义标准公斤[N];科技日报;2007年
2 本报记者 王宁;德国硅晶体改写计量标准[N];北京科技报;2007年
3 记者 杜薇;企业怎样预防人才外流?[N];福建工商时报;2007年
4 广西人才资源研究所 黄鹏潘基勇;为事业兴旺提供人才保证[N];广西日报;2008年
5 ;事业单位岗位设置管理政策问答(二)[N];中国人事报;2007年
6 宋学军;艺术教育需协调好数量、结构、质量三者关系[N];中国文化报;2006年
7 华凌;不用“X光眼”也能“看穿”墙壁[N];科技日报;2006年
8 王艳红;宇宙大爆炸模型需要修正[N];中国矿业报;2000年
9 马祺俊;微晶包材——纳米技术的延伸[N];中国包装报;2005年
10 记者 周诗泉 采访整理;以人为本 铸造电魂[N];恩施日报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 凤艳艳;几种稀土原子离子的能级自然辐射寿命测量研究[D];吉林大学;2012年
2 鲁耿彪;一类混沌系统中原子隧穿的相干操控[D];湖南师范大学;2011年
3 张鹏;有机发光材料的能级结构及性质的研究[D];吉林大学;2006年
4 张贵银;氮氧化物电子态光谱研究及光学检测[D];河北大学;2005年
5 王欣;氮原子簇合物及蓝移型氢键的量子化学研究[D];四川大学;2002年
6 王戴木;亚单层薄膜形核生长动力学的计算模拟研究[D];中国科学技术大学;2006年
7 张巍;天体光谱中几种重要原子离子的能级自然辐射寿命的测量[D];吉林大学;2011年
8 成西会;铜铝双金属团簇电子性质及铜金属团簇吸附自由基CH_2和CH_3性质的理论研究[D];吉林大学;2008年
9 邬汝宽;多分量玻色爱因斯坦凝聚的相关课题研究[D];复旦大学;2011年
10 于帅芹;铁基合金耐腐蚀性能的理论探讨[D];中国海洋大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 沈星茂;采用载流导线的偏磁场可控原子磁导引及其原子光学器件[D];苏州大学;2010年
2 邝波;镧原子奇宇称能级寿命的时间分辨激光光谱测量[D];吉林大学;2011年
3 卓安生;掺铥光纤激光器研究[D];北京交通大学;2009年
4 由帅;锡原子奇偶宇称J=1,2里德堡系列能级的多通道量子亏损理论研究[D];吉林大学;2010年
5 张黄莉;YBCO单畴的制备及电子结构与超导机理的研究[D];西北工业大学;2005年
6 陈新卫;收缩临界k连通图中的原子及阶较小的端片[D];广西师范大学;2007年
7 阳彩平;昌九城市带协调发展研究[D];江西师范大学;2008年
8 韩秋菊;类锂V~(20+)离子的能级结构和偶极跃迁振子强度的理论研究[D];辽宁师范大学;2005年
9 方芳;钯、铅、氢微团簇的结构和性质[D];四川大学;2006年
10 黄良育;高离化态硫离子束箔光谱的理论分析[D];西北师范大学;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026