スペクトル線比

線強度比の分析は、実験室や宇宙のプラズマに関する情報を得るための重要なツールです。発光分光法では、スペクトル線の強度からプラズマ(またはガス) の状態に関するさまざまな情報を得ることができます。これはプラズマの温度や密度の判定に使用できます。実験で絶対強度を測定することは困難な場合があるため、異なるスペクトル線強度の比を使用してプラズマに関する情報を得ることもできます。

原子の上位状態から下位状態への遷移の発光強度密度は^{[1]である。}

$${\displaystyle P_{u\rightarrow l}=N_{u}\ \hbar \omega _{u\rightarrow l}\ A_{u\rightarrow l}}$$

どこ：

• ${\displaystyle N_{u}}$上位状態のイオンの密度である。
• ${\displaystyle \hbar \omega _{u\rightarrow l}}$は放出された光子のエネルギーであり、プランク定数と遷移周波数の積である。
• ${\displaystyle A_{u\rightarrow l}}$特定の遷移に対するアインシュタイン係数です。

原子状態Nの数は、一般的にプラズマの温度と密度に依存します。一般的に、プラズマが高温で高密度であるほど、より高次の原子状態が多くなります。したがって、特定のイオン種からのスペクトル線が観測されるかどうかは、プラズマ パラメータの大まかな推定に役立ちます。

線の強度を比較することで、より正確な結果が得られます。

$${\displaystyle {\frac {P_{u_{1}\rightarrow l_{1}}}{P_{u_{2}\rightarrow l_{2}}}}={\frac {N_{u_{1}}\オメガ _{u_{1}\rightarrow l_{1}}A_{u_{1}\rightarrow l_{1}}}{N_{u_{2}}\オメガ_{u_{2}\rightarrow l_{2}}A_{u_{2}\rightarrow l_{2}}}}}$$

遷移周波数と遷移のアインシュタイン係数はよく知られており、NIST原子スペクトル データベースなどのさまざまな表に記載されています。原子密度の決定や密度と温度の関数として原子モデリング^[2]が必要になることがよくあります。熱平衡状態のプラズマの温度決定にはサハの式とボルツマンの式を使用できますが、密度依存性には通常、原子モデリングが必要です。 ${\displaystyle N_{u_{1}}}$${\displaystyle N_{u_{2}}}$

• プラズマ診断
• スペクトル線

• NIST 原子スペクトルデータベース

• Latimer, I; Mills, JI; Day, RA (1970)、「電子温度測定のためのヘリウム線比法の改良と前駆体への応用」、Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer、10 (6)、Elsevier : 629– 635、Bibcode :1970JQSRT..10..629L、doi :10.1016/0022-4073(70)90079-8
• Muñoz Burgos, JM; Barbui, T; Schmitz, O; Stutman, D; Tritz, K (2016)、「NSTX-U での合成シミュレーションを使用した電子温度および密度診断のための可視ヘリウム線比の時間依存分析」、Review of Scientific Instruments、87 (11)、AIP : 11E502、doi :10.1063/1.4955286、OSTI  1259296