zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2019-85-1-II-145-150zldm-900Research ArticleМНОГОКАНАЛЬНЫЕ АНАЛИЗАТОРЫ ЭМИССИОННЫХ СПЕКТРОВ МАЭСMAÉS MULTICHANNEL ANALYZERS OF EMISSION SPECTRAК вопросу о нарушении локального термодинамического равновесия в плазменной струе дугового аргонового двухструйного плазмотронаOn the violation of local thermodynamic equilibrium in the plasma jet of an argon arc two-jet plasmatronЧеревкоА. С.CherevkoA. S.

г. Новосибирск

Novosibirsk

ascherevko@ya.ruМорозоваА. А.MorozovaA. A.

г. Новосибирск

Novosibirsk

Институт почвоведения и агрохимии СО РАНРоссияInstitute of Solid Science and Agrochemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation201915022019851(II)145150Copyright © Черевко А.С., Морозова А.А., 20192019Черевко А.С., Морозова А.А.Cherevko A.S., Morozova A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/900

Оценены степень и характер нарушения локального термодинамического равновесия (ЛТР) в аналитической зоне плазменной струи, генерируемой дуговым аргоновым двухструйным плазмотроном (ДДП). Использован нетрадиционный способ, основанный на определении неравновесного параметра bi, равного отношению действительной (определенной экспериментально) заселенности энергетического уровня (ni) какого-либо элемента к заселенности этого же уровня, вычисленной из уравнения Саха (nis). На примере Ca, Mg и Be установлено ионизирующее отклонение исследуемой плазмы от равновесного состояния, когда имеет место перезаселение только низколежащих атомных уровней. Показана явная зависимость величины bi от потенциала ионизации рассматриваемого элемента. Результаты интерпретированы в свете усиления роли радиационных процессов при возбуждении спектров в ДДП.

The degree and nature of the violation of local thermodynamic equilibrium (LTE) in the analytical zone of a plasma jet generated by an argon arc two-jet plasmatron (TJP) was estimated using an unconventional method based on determination of the nonequilibrium parameter bi equal to the ratio of the experimentally determined actual population of the energy level (ni) of the element to the population of the same level calculated from the Saha equation (nis). Partial ionizing deviation of plasma under study from the equilibrium state takes place only when low-lying atomic levels are overpopulated. The distinct dependence of bi on the ionization potential of the considered element (e.g., Ca, Mg, and Be) is shown. The results were interpreted in the light of the increasing role of radiation processes upon excitation of spectra in the argon arc two-jet plasmatron.

дуговой аргоновый двухструйный плазмотронлокальное термодинамическое равновесиерадиационный распадрадиационная рекомбинациянеравновесный параметрargon arc two-jet plasmatronlocal thermodynamic equilibriumradiative decayradiative recombinationnonequilibrium parameterReferencesЧеревко А. С. Исследование степени нарушения локального термодинамического равновесия в аналитической зоне дугового аргонового двухструйного плазмотрона / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. № 1. Ч. II. С. 42 – 47.Cherevko A. S. Study of the degree of violation of local thermodynamic equilibrium in analytical zone of two-jet plasmatron / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2015. Vol. 81. N 1. Part II. P. 42 – 47 [in Russian].Zaksas N. P., Gerasimov V. A. Consideration on excitation mechanisms in a high-power two-jet plasma / Spectrochim. Acta. 2013. Vol. 88. P. 174 – 179.Zaksas N. P., Gerasimov V. A. Consideration on excitation mechanisms in a high-power two-jet plasma / Spectrochim. Acta. 2013. Vol. 88. P. 174 – 179.Raaymakers I. J. M. M., Boumans P. W. J. M., Van Der Sijde B., Schram D. C. A theoretical study and experimental investigation of non-LTE phenomena in an inductively-coupled argon plasma — I. Characterization of the discharge / Spectrochim. Acta. 1983. Vol. 38B. N 5 – 6. P. 697 – 706.Raaymakers I. J. M. M., Boumans P. W. J. M., Van Der Sijde B., Schram D. C. A theoretical study and experimental investigation of non-LTE phenomena in an inductively-coupled argon plasma — I. Characterization of the discharge / Spectrochim. Acta. 1983. Vol. 38B. N 5 – 6. P. 697 – 706.Drawin H. W. High pressure — high temperature. Vol. 2. 1970. — 359 p.Drawin H. W. High pressure — high temperature. Vol. 2. 1970. — 359 p.Walker Z., Blades M. W. Measurement of excited state level populations for atomic and ionic iron in the inductively coupled plasma / Spectrochim. Acta. 1986. Vol. 41B. N 8. P. 761 – 775.Walker Z., Blades M. W. Measurement of excited state level populations for atomic and ionic iron in the inductively coupled plasma / Spectrochim. Acta. 1986. Vol. 41B. N 8. P. 761 – 775.Caughlin B. L., Blades M. W. Analyte ionization in the inductively coupled plasma / Spectrochim. Acta. 1985. Vol. 40B. N 10 – 12. P. 1539 – 1554.Caughlin B. L., Blades M. W. Analyte ionization in the inductively coupled plasma / Spectrochim. Acta. 1985. Vol. 40B. N 10 – 12. P. 1539 – 1554.Shram D. C., Raaymakers I. J. M. M., Van Der Sijde B., et al. Approaches for clarifying excitation mechanisms in spectrochemical excitation sources / Spectrochim. Acta. 1983. Vol. 38B. N 11/12. P. 1545 – 1557.Shram D. C., Raaymakers I. J. M. M., Van Der Sijde B., et al. Approaches for clarifying excitation mechanisms in spectrochemical excitation sources / Spectrochim. Acta. 1983. Vol. 38B. N 11 – 12. P. 1545 – 1557.Caughlin B. L., Blades M. W. An evaluation of ion-atom emission intensity ratios and local thermodynamic equilibrium in an argon inductively coupled plasma / Spectrochim. Acta. 1984. Vol. 39B. N 12. P. 1583 – 1602.Caughlin B. L., Blades M. W. An evaluation of ion-atom emission intensity ratios and local thermodynamic equilibrium in an argon inductively coupled plasma / Spectrochim. Acta. 1984. Vol. 39B. N 12. P. 1583 – 1602.Тагильцева Е. А., Тагильцев А. П., Зуев Б. К. Оценка электронной концентрации в плазме дуги двухструйного плазматрона. / Научные ведомости БелГУ. 2008. Т. 49. № 9. С. 172 – 176.Tagil’ceva E. A., Tagil’cev A. P., Zuev B. K. Evaluation of electron density in the two-jet plasmatron arc plasma / Nauch. Vedom. BelGU. 2008. Vol. 49. N 9. P. 172 – 176 [in Russian].Miller M., Zander A. T. Termal pinch effect in the argon plasma / Spectrochim. Acta. 1986. Vol. 41B. N 5. P. 453 – 459.Miller M., Zander A. T. Termal pinch effect in the argon plasma / Spectrochim. Acta. 1986. Vol. 41B. N 5. P. 453 – 459.Blades M. W., Lee Nelson. A spatial study of electron density and analyte emission in a d.c. argon plasma / Spectrochim. Acta. 1984. Vol. 39B. N 7. P. 879 – 890.Blades M. W., Lee Nelson. A spatial study of electron density and analyte emission in a d.c. argon plasma / Spectrochim. Acta. 1984. Vol. 39B. N 7. P. 879 – 890.Boumans P. W. J. M., de Boer F. J. An experimental study of a 1-kW, 50-MHz RF inductively coupled plasma with pneumatic nebulizer, and a discussion of experimental evidence for a non-thermal mechanism / Spectrochim. Acta. 1977. Vol. 32B. P. 365 – 395.Boumans P. W. J. M., de Boer F. J. An experimental study of a 1-kW, 50-MHz RF inductively coupled plasma with pneumatic nebulizer, and a discussion of experimental evidence for a non-thermal mechanism / Spectrochim. Acta. 1977. Vol. 32B. P. 365 – 395.Parc C. Calculation of radiative properties of nonequilibrium hydrogen plasma / Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1979. Vol. 22. P. 101 – 112.Parc C. Calculation of radiative properties of nonequilibrium hydrogen plasma / Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1979. Vol. 22. P. 101 – 112.Lovett R. J. A rate model of inductively coupled argon plasma analyte spectra / Spectrochim. Acta. 1982. Vol. 37B. N 11. P. 969 – 985.Lovett R. J. A rate model of inductively coupled argon plasma analyte spectra / Spectrochim. Acta. 1982. Vol. 37B. N 11. P. 969 – 985.Wiese W. L., Martin G. A. Wavelengths and transition probabilities for atoms and ions. Part II. — Washington: NSRDS — NBS 68,1980. — 148 p.Wiese W. L., Martin G. A. Wavelengths and transition probabilities for atoms and ions. Part II. — Washington: NSRDS — NBS 68, 1980. — 148 p.Корлисс Ч., Бозман У. Вероятности переходов и силы осцилляторов 70 элементов. — М.: Мир, 1968. — 562 с.Corliss Ch. H., Bozman W. R. Experimental Transition Probabilities for Spectral Lines of Seventy Elements. — Wasington, D.C.: U.S. Government Printing Office. — 562 p.Wiese W. L., Smith V. W., Glennon B. M. Atomic transition probabilities. Vol. 1. — Washington, DC: U. S. Department of Commerce, 1966. — 169 p.Wiese W. L., Smith V. W., Glennon B. M. Atomic transition probabilities. Vol. 1. — Washington, DC: U. S. Department of Commerce, 1966. — 169 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.