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激光诱导等离子体的动力学研究

李玉  
【摘要】: 激光诱导等离子体发射光谱方法(Laser-induced plasma spectroscopy,LIPS)作为一种元素分析技术,具有可以同时分析多种元素、进行实时,在线测量、所需的光学装置简单、无需样品制备等优点,被广泛应用于固体、液体和气体成分以及浓度的检测。本文主要集中研究LIPS方法在气态、固态样品中的应用。 利用LIPS方法测量了标准大气压下大气中的元素成分,用实验方法验证LIPS方法进行定量分析的可行性,为以后相应的研究奠定基础。 激光与物质相互作用时产生的等离子体及其演变涉及一系列复杂的动力学过程,同时靶材料的性质、所处的背景气体组分及其压强、激光波长和激光能量等各种因素制约着等离子体的形成。为了更好地理解等离子体的动力学行为,对处于不同电离阶段的铝发射光谱进行了光谱分辨和时间分辨的测量。并研究外加0.8 T稳态磁场,磁场对等离子动力学性质的影响。实验发现存在磁场时,铜原子、离子谱线普遍得到增强。这可以更有效地利用LIPS方法探测污染物的浓度、对其它等离子体发射的应用也是非常有意义的。 我国能源以化石燃料燃烧为主,尤其煤炭占一次能源的比例长期高达70%以上,近年来由于CO2排放造成的全球气候问题日益引起人们的关注。生物质能由于具有CO2排放中性的特点,其利用越来越多的得到世界各国的重视。但其燃烧过程中产生许多的K、Na碱金属,对锅炉高温受热面具有非常强的腐蚀作用,严重危害设备的安全长期运行,成为生物质能利用过程中的一大难题。生物质燃烧过程中碱金属的释放特性及控制机理对于碱金属排放控制具有重要理论价值,本文采用LIPS方法对煤和生物质在燃烧过程中的碱金属释放规律进行实时监测,探索K、Na释放特性及控制机理。


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