diplomski rad merenje spektralne raspodele zracenja ... · merenje intenziteta zracenja u...
Post on 08-Oct-2020
14 Views
Preview:
TRANSCRIPT
UNIVERZITET U NOVOM SADUPRIRODNO - MATEMATI6K1 FAKULTET
Diplomski rad
MERENJE SPEKTRALNE RASPODELEZRACENJA SVETLOSNOG IZVORA U APSOLUTNIM
JEDINICAMA
Natasa Zikic
Novi Sad, 1995.
Ovaj rad je raden u Laboratorjji za fizicku etektroniku Institute zafiziku u Novom Sadu, pod rukovodstvom dr Stevice Durovica, vanrednogprofesora PMF.
SADRZAJ
UVOD 1
GLAVAI
1.1 Priroda i definisnje svetlosti 31.2 Fotometrijske velicine 3
1.2.1 Intenzitet svetlosnog izvora 41.2.2 Emisiona sposobnost 61.2.3 Sjaj svetlosnog izvora (luminancija) 61.2.4 Jacina osvetljenosti 7
1.3 Toplotno zracenje 91.3.1 Kirchhoffov zakon 91.3.2 Apsolutno crno telo 101.3.3 Zakoni zracenja apsolutno crnog tela 11
1.4 Emisioni spektri 131.4.1 Analiza emisionih spektara 13
GLAVA II
2.1 Izvori svetlosti 172.1.1 Toplotni izvori svetlosti ;• 172.1.2 Luminescent™ izvori svetlosti 192.1.3 Plazmeni izvori svetlosti 20
2.2 Standardna lampa 212.2.1 Kalibracija standardne lampe 232.2.2 Raspodela intenziteta zracenja duz volframske trake 292.2.3 Strujni izvor i stabilnost jacine struje kroz standardnu lampu 31
GLAVA III
3.1 Postavka mernog sistema 343.1.1 Opticki sistem 343.1.2 Element! optickog sistema 35
Standardna lampa 35Ogledala 36Opticki filter 36Monohromator 40Fotomultiplikator 41
3.1.3 Sistem za prikupljanje podataka 43
GUWAIV
4.1 Spektralna raspodela zracenja halogene sijalice 454.2 Intenzitet zracenja spektralne linije Cd I 467.8nm 62
ZAKLJUCAK 66
LITERATURA 68
UVOD
Cilj ovog rada je eksperimentalna postavka i provera sistema zamerenje spektralne raspodele intenziteta svetlosnog izvora , izraienog uapsolutnim jedinicama.
Izmeriti apsolutni intenzitet svetlosti znaci izmeriti intenzitet koji izraciizvor u odredenom pravcu sa jedinice povrsine po jedinici prostornogugla, sto znaci izmeriti ga u W/m2sr ill spektralnu raspodelu intenzitetaizvora izmeriti u W/m3sr.
Merenje intenziteta zracenja u apsolutnim jedinicama sa stanovistanaucnih istrazivanja su od izuzetnog znacaja za testiranje razlicitih modelakoji opisuju fizifike procese unutar supstance koja zrac"i, u fizici plazme iliu astrofizici, na primer. Sa druge strane, ona su od posebnog znacaja i zadruge oblasti nauke, tehnike, tehnologije, zatim u medicini, biologiji itd.Osim vec pomenutog, rezultati ovakvih merenja su takode od veiikogznacaja za proizvodace svetlosnih izvora i njihove korisnike. Pri tome, popravilu, nije dovoljno znati samo apsolutni intenzitet, ve6 treba znati ispektralni sastav emitovane svetlosti.
Intenzitet svetlosti utice na brzinu rasta biljaka, na kolicinu hlorofila ulistovima, na fotosintezu i proces cvetanja i aktivaciju enzima [1,2,3,4].
Svetlost tacno odredene talasne duzine i intenziteta koristi se u procesupolimerizacije zubnih plombi kada filtrirano zracenje halogene lampe,snage 100W i talasne duzine izmedu 400-500nm, aktivira inicijatorepolimerizacije.
Najizrazenija terapijska svojstva imaju zraci iz oblasti 280-320nm. Da nebi doslo do ostecenja na ljudskom telu, kvarcne lampe moraju imati tacnoodreden intenzitet i spektralni sastav [5].
Jedna od osobina vestadkih izvora svetlosti je mogucnost izmenenjihovog spektralnog sastava. Na ovaj nacin se postize da vestackasvetlost ima spektralni sastav priblizno jednak spektralnom sastavusunceve svetlosti koja najbolje odgovara ljudskom oku. Ovo se koristi privestackom osvetljavanju prostorija kada je potrebno obezbediti dobruostrinu vida, videnje predmeta u prirodnoj boji i brzinu zapazanja.Osvetljenje ima vazan fizioloski znacaj, jer povecava tonus centralnognervnog sistema i na taj nacin aktivira metabolicke procese, krvotok,disanje i druge vazne funkcije organizma. Zbog toga se, u zavisnosti od
vrste proizvodnog procesa i vidnih zahteva, koristi svetlost odgovarajuce
boje i jacine [6].
Jugoslovenski standard za dnevno i elektricno osvetljenje uprostorijama i zgradama sadrzi minimalne zahteve za jacinu osvetljenosti
radnih prostorija i sluzi za ocenu, projektovanje, odrzavanje i ispitivanjednevnog i elektricnog osvetljenja. Vrlo mali zahtevi postavljaju se uslucaju osvetljenja sporednih i podrumskih prostorija, skladista,bioskopskih i pozorisnih dvorana; mali zahtevi kod osvetljenja glavnihprolaza, stepenista, garaza, grubih radova u industriji; srednji u slucajuosvetljenja kancelarija, ucionica, stambenih prostorija, pri montazi,stampanju i si.; veliki zahtevi u slucaju laboratorijskih radova priocitavanju instrumenata, kontrole proizvoda; veoma veliki zahtevipostavljaju se pri izradi i montazi instrumenata u finoj mehanici,tehnickom crtanju, a maksimaini zahtevi prilikom izrade preciznih mernihinstrumenata, pri graviranju i zlatarskim radovima u metalurgiji, izradi imontazi minijaturnih elektronskih elemenata u elektroindustriji, brusenjudragulja, u operacionim dvoranama, prostorijama za obdukciju iinstrumentarij [7].
Iz prethodnih primera se jasno vidi da postoji veoma izrazena potrebaza razvojem metoda i merenjem apsolutnog intenziteta svetlosti.
Ovaj rad osim uvoda sadrzi cetiri poglavlja, zakljucak i spisak korisdeneliterature.
U prvoj glavi je opisana priroda svetlosti i definisane su odgovaraju6evelicine. Takode su opisani toplotno zradenje i emisioni spektri.
U drugoj glavi su opisani razliciti izvori svetlosti, a kao poseban izvorstandardna lampa.
U trecoj glavi je data postavka mernog sistema.U cetvrtoj glavi su prikazani rezultati merenja za jedan izvor sa
kontinualnim i jedan izvor sa linijskim spektrom zracenja.
GLAVA I
1.1 PRIRODA I DEFINISANJE SVETLOSTI
Sa stanovista moderne fizike priroda svetlosti je dualisticka [8,9,10,11].
Svetlost se moze posmatrati kao prostiranje elektromagnetnih talasa ili
snopa cestica, tj. fotona. Medutim, savremena teorija o strukturi materije
potvrduje da su elektromagnetno polje i supstanca dva razlicita oblika
postojanja materije i da postoji odredena veza izmedu elektromagnetnog
poija i cestica [8]. Talasna optika obuhvata sve pojave koje objasnjava
talasni model - polarizaciju, interferenciju, difrakciju, difuziju itd., i odnosi
se na klasicne opticke fenomene koji se proucavaju u okviru teorijeelektromagnetnog poija. Sa druge strane, kvantna optika obuhvata
kvantne interakcije elektromagnetnog zracenja sa materijom i kao takva
uklapa se u atomsku fiziku, predstavljenu zakonima kvantne mehanike.
Prema talasnom modelu zradenja svetlost se prostire kroz prazan
prostor brzinom od oko 3-108m/s, kao oscilujuce elektricno i magnetno
polje. Spektar elektromagnetnih talasa koji se javljaju u prirodi obuhvata
veoma sirok interval talasnih duzina, odnosno frekvencija. Do talasne
duzine 0.01 nm su y-zraci, od 0.01 do 10nm su rendgenski zraci, od 10 do
400nm su ultraljubicasti zraci, od 400 do 800nm je vidljivi deo spektra
(svetlost), od 800nm do lOO im su infracrveni zraci, a od lOO^m pa
nadalje su radio talasi.Ovaj rad se, medutim, uglavnom odnosi samo na vidljivi deo spektra
elektromagnetnog zracenja.
1.2 FOTOMETRUSKE VEU&NE
Oblast fizike koja se bavi proucavanjem karakteristika izvora zracenja i
merenjem fizickih velicina koje karakterisu elektromagnetno zracenje
naziva se radiometrija, a oblast koja se bavi samo vidljivim delom
elektromagnetnog spektra naziva se fotometrija [8].
Fotometrija se bavi kako karakteristikama izvora svetlosti tako i
karakteristicnim velicinama emitovane svetlosti nezavisno od spektralnog
sastava. Analiza spektralne raspodele i pojedinih monohromatskih
komponenata spada u oblast spektrofotometrije.
Fotometrijske velidine se izrazavaju u jedinicama energije ill snage, tj. uapsolutnim fizickim jedinicama, ill u fizioloskim, tj. subjektivnim
jedinicama. Na primer, svetlosni fluks koji se definise kao kolicina
energije koja se emituje u jedinici vremena u dati prostorni ugao izrafava
se u vatima (W) ili u lumenima (Im) [8,11]. Energija elektromagnetnihtaiasa razlicrtih talasnih duzina razlicito deluje na ijudsko oko, a u uskom
intervalu talasnih duzina oko 555nm, tj. u intervalu gde je oko
najosetljivije, jednom lumenu odgovara 0.001 55W [11,12].
Prema svojoj prirodi fotometrijske velicine se mogu podeliti u dve
grupe: na velicine koje se odnose na emitovanu svetlost, tj. na izvore
zracenja, i velicine koje se odnose na prijem svetlosne energije.
lako je predmet ovog rada samo merenje intenziteta izvora svetlosti,
bi6e dat pregled i ostalih fotometrijskih velicina.
1.2.1 Intenzitet svetlosnog izvora
Intenzitet tadkastog svetlosnog izvora S u nekom pravcu brojno je
jednak fluksu A<X> po jedinicnom prostomom uglu Aoo [8,1 1]:
(1.2.1.1)Aoo
sto je ilustrovano na slici 1 .2.1 .1 .
Slika 1.2.1.1- llustracija uz definiciju
svetlosnog fluksa
Medutim, kada se radi o izvoru svetlosti konacnih dimenzija, pogodno
je uvesti velicinu definisanu preko gustine fluksa po jedinici prostornogugla:
(1.2.1.2)ASAco
koja se takode naziva intenzitet svetlosnog izvora. S obzirom na definicijufluksa prethodni izraz se moze napisati kao [13]:
AE AP (1.2.1.3)AtASAco ASAco
tj. kao energija AE u jedinici vremena At odnosno snaga AP izracena sa
jedinice povrsine AS normalne na pravac zradenja po jedinici prostornog
ugla Aoo. Ovo je ukupan ili integralni intenzitet po svim talasnim duzinama:
Ul
l=JlxdA, (1.2.1.4)0
gde je sa k oznacen spektralni intenzitet svetlosnog izvora na datoj
talasnoj duzini "k. Prema tome intenzitet Al izracen u intervalu talasne
duzine izmedu 'k \ AX je srazmeran sa AX i iznosi:
AI = IXAX (1.2.1.5)
a prema (1 .2.1 .2) i (1 .2.1 .4) spektralni intenzitet svetlosnog izvora:
x — — (1.2.1.6)ASAooAX
je snaga zracenja emitovana sa jedinice povrsine normalne na pravac
zracenja po jedinici prostornog ugla* i talasne duzine i izrazava se u
W/m3sr ili u Im/cm3sr (Im/sr naziva se kandela cd).
1.2.2 Emisiona sposobnost
Kod izvora zracenja konacnih dimenzija takode se definise i velicina
~ do(1.2.2.1)
i naziva se emisiona sposobnost [8,11]. Emisiona sposobnost R je brojno
jednaka ukupnom svetlosnom fluksu emitovanom sa jedinice povrsinetela koje svetli u polusferi na sve strane, tj. u granicama prostornog ugla
2rt. Ovo je ukupna emisiona sposobnost izvora po svim talasnim
duzinama
(1.2.2.2)
gde je Rx spektralna emisiona sposobnost. Emisiona sposobnost se
izrazava u W/m2 ili u Im/cm2 (tot).
1.2.3 Sjaj svetlosnog izvora (luminancija)
Sjaj svetlosnog izvora konafinih dimenzija u datom pravcu 9 definise se
kao odnos intenziteta svetlosnog izvora i povrsine projekcije izvora na
ravan normalnu na dati pravac [8,11]:
B = ! = — (1.2.3.1)AS cos 9 AcoAS cos 9
sto je ilustrovano na slici 1.2.3.1.
Slika 1.2.3.1- llustracija uz definicijusjaja svetlosnog izvora
Prema (1.2.3.1) sjaj svetlosnog izvora zavisi od posmatranog pravca, tj. odugla (p. Medutim, ukoliko se radi o telima koja emituju izotropno (crnotelo, mutne povrsine), tj. telima kod kojih se svetlost emituje jednako nasve strane, sjaj svetlosnog izvora ne zavisi od pravca posmatranja, sto seformulise kao Lambertov zakon. U slucaju kada vazi Lambertov zakon,veza izmedu emisione sposobnosti i sjaja svetlosnog izvora data je
sledecom relacijom [8,11]:
R = Tt-B (1.2.3.2)
Izrazom (1.2.3.1) dat je ukupan sjaj svetlosnog izvora, koji je funkcijaspektralnog sjaja Bx:
(1.2.3.3)
Sjaj svetlosnog izvora se izrazava u W/m2sr ili u cd/cm2 (stilb).
1.2.4 Jacina osvetljenosti
Do sada definisane velicine odnosiie su se na izvor svetlosti. Medutim,
potrebno je takode znati i fluks, odnosno energiju u jedinici vremena kojapadne na odredenu povrsinu nekog tela. Zbog toga se uvodi velicina
[8,11]:
8
d.a.4,,
koja se naziva jacina osvetljenosti date povrsine. Jacina osvetljenosti kojapotice od tackastog izvora opada sa kvadratom rastojanja i zavisi odkosinusa ugla 9 izmedu pravca svetlosnih zraka i normale osvetljenepovrsine:
E = 4-cosq> (1.2.4.2)
Za izracunavanje jacine osvetljenosti koja potice od izvora konacnihdimenzija, treba po6i od pojedinih tacaka izvora i sumirati dejstvo. Ovo jetakode, kao i u prethodnim slucajevima, ukupna jacina osvetljenosti zasve talasne duzine:
(1.2.4.3)
gde je Ex spektralna jacina osvetljenosti. Jacina osvetljenosti nekepovrsine se izrazava u W/m2 ili u Im/cm2 (luks).
Osim ove velicine na isti nacin kao u 1 .2.2 i 1 .2.3 definisu se emisionasposobnost R i sjaj B ali koji se odnose na reflektovanu svetlost sa nekepovrsine. Veza izmedu emisione sposobnosti i jacine osvetljenosti je data
relacijom:R = krE (1 .2.4.4)
gde se koeficijent proporcionalnosti kr naziva koeficijent refleksije
povrsine.
1.3 TOPLOTNO ZRA6ENJE
Sva tela mogu da emituju i apsorbuju elektromagnetno zracenje u
sirokom intervalu talasnih duzina. Uzroci zracenja mogu biti razliciti, na
primer prethodna apsorpcija svetlosti, hemijske reakcije, prolazak
elektricne struje kroz tela i dr. Medutim, ako je uzrok zracenja unutrasnja
toplotna energija tela, onda je to toplotno zracenje. Deo spektra toplotnog
zracenja je i svetlost koju zrace cvrsta i tecna tela, na primer, na
temperaturama iznad 500-550°C [10].
Niz pojava u vezi sa toplotnim zracenjem moze se analizirati ne ulazeci
u mehanizam interakcije izmedu zracenja i cestica tela koje zraci, vec
razmatrajudi ih samo sa energetske, odnosno termodinamicke tackegledista[11].
Svako zracenje tela je pradeno gubitkom energije. Zato se zracenje
moze vrsiti samo na racun gubitka energije samog teia ili na racun
energije koju telo dobija spolja. Ako telo apsorpcijom zracenja ili
apsorpcijom toplotne energije od okoline dobija onoliku kolicinu energije
koliku i gubi usled sopstvenog zracenja, taj proces ce se onda odvijati
ravnotezno, tj. stacionarno. Pri tome stanje tela koje zraci moze biti
okarakterisano odredenom konstantnom temperaturom T. Treba
napomenuti da je pojam temperature primenjiv samo u slucaju kada
postoji termodinamicka ravnoteza. Kada je kolicina energije koju telo
dobija od okoline nedovoljna za potpunu kompenzaciju energije zracenja,
telo zraci delom na racun unutrasnje energije. U torn slucaju se narusava
ravnotezno stanje. Medutim, ako telo zraci dovoljno sporo, raspodela
unutrasnje energije u svakom trenutku ce uspeti da se izjednaci, pa 6e
zracenje i dalje imati ravnotezni karakter. Temperatura tela 6e padati ali u
svakom trenutku stanje tela se moze razmatrati kao ravnotezno pa mu se
moze pripisati i odredena temperatura.
1.3.1 Kirchhoffov zakon
Uobicajena oznaka za spektralnu emisionu sposobnost (Rx),
definisanu u 1.2.2, kada se razmatra toplotno zracenje, je:
I
10
i osim talasne duzine zavisi i od temperature T. Fluks dOx je fluks po
jedinicnom intervalu talasnih duzina.Ako na neko telo pada fluks zracenja d<X>x> jedan deo toga fluksa telo
6e propustiti, drugi deo reflektovati, dok 6e ostatak apsorbovati. Kada seposmatra samo apsorbovani deo, uvodi se velicina [11]:
(1.3.1.2)
koja se naziva spektralna apsorpciona sposobnost tela. Sa d<E\e
oznacen apsorbovani deo fluksa zracenja. Ogledi sa razlicitim telima supokazali da postoji odredena zavisnost izmedu spektralne emisionesposobnosti e(X,T) i spektralne apsorpcione sposobnosti a(X,T).Kirchhoff je utvrdio da ova zavisnost ima sledeci oblik:
.. _.~"'~ " ' '
Odnos emisione i apsorpcione sposobnosti ne zavisi od prirode telai za sva tela predstavlja jednu istu funkciju talasne duzine i temperature
f (VT).
1 .3.2 Apsolutno crno telo
Za telo koje u potpunosti apsorbuje zracenje svih talasnih duzina nabilo kojoj temperaturi vazi da je a( ,T) = 1 ; takvo telo naziva se apsolutnocrno telo. Spektralna emisiona sposobnost apsolutno crnog tela premaKirchhoffovom zakonu (1 .3.1 .3) je:
E(U) = f (VD (1.3.2.1)
11
U prirodi ne postoje tela koja bi po svojim osobinama odgovarala
apsolutno crnom telu. Medutim, moguce je napraviti telo koje ce po
svojim osobinama biti vrlo blisko apsolutno crnom telu. To je obicno
dobro izolovan sud kome su unutrasnji zidovi nagaravljeni i koji ima samojedan mali otvor (slika 1.3.2.1).
Slika 1.3.2.1- Model apsolutno crnog tela
Zracenje koje prode kroz otvor suda bice apsorbovano nakon niza
refleksija unutar suda. Osim toga ako se posmatrani sud nalazi na nekoj
temperaturi T iz njega ce se kroz otvor emitovati zracenje koje je po
svojim karakteristikama veoma blisko zracenju apsolutno crnog tela na
istoj temperaturi T.
1.3.3. Zakoni zracenja apslutno crnog tela
Cisto termodinamickim razmatranjem zracenja apsolutno crnog tela
nije moguce na6i izraz za spektralnu emisionu sposobnost, tj. za funkciju
f (XT). Medutim, na ovaj nacin se ipak mogu utvrditi neke zakonitosti koje
vaze za zracenje apsolutno crnog tela.
Ukupna emisiona sposobnost apsolutno crnog tela je proporcionalna
cetvrtom stepenu temperature [11]:
E(T) = aT4 (1.3.3.1)
12
Navedena relacija se naziva Stefan - Boltzmannov zakom. Konstantaproporcionalnosti a imavrednost5.6692 •10~8W/m2K4 [14].
Talasna duzina A-max koja se odnosi na maksimum spektralne emisionesposobnosti E(X,T) obrnuto je proporcionalna temperaturi [11]:
Xmax = Y (1.3.3.2)
Ova relacija se naziva Wienov zakon pomeranja. Konstantaproporcionalnosti C1 ima vrednost 2898 (amK [14].
Maksimalna vrednost spektralne emisione sposobnosti apsolutnocrnog tela proporcionalna je petom stepenu temperature [11]:
(1.3.3.3)
gde konstanta proporcionalnosti C" imavrednost 1.301-10~5W/m3K5 [11].
Problem nalazenja funkcije f ( ,T) resio je Planck uvodenjem hipotezeda se zracenje energije ne odvija kontinuaino, vec u odredenim iznosimaenergije (kvantima) hv. Konstanta h se naziva Planckova konstanta i imavrednost 6.624-1 CT^Js [14], a sa v je obelezena frekvencija zracenja. Naosnovu uvedene hipoteze Planck je uspeo da dobije izraz za spektrainuemisionu sposobnost apsolutno crnog tela [11]:
0.3.3.4)
gde je c brzina svetlosti u vakuumu (2.9997929- 108m/s) [14], a k jeBoltzmannova konstanta (1.38046- 10~23J/K) [14]. Ovakav oblik funkcijef(X,T) tj. E(VT), prikazan na slici 1.3.3.1, u potpunosti se slaze sa
eksperimantalno dobijenim podacima. Na slici je prikazana zavisnostza cetiri razlicite temperature Ti < Ta < Ta< T4.
13
Talasna duzina
Slika 1.3.3.1 - Planckova raspodela emisione sposobnosti
apsolutno crnog tela u funkciji talasne duzine i temperature.
Iz izraza za spektrainu emisionu sposobnost (1.3.3.4) slede neposredno,
kao posebni slucajevi, tri prethodno opisana termodinamicka zakona
(1.3.3.1), (1.3.3.2)1(1.3.3.3).
1.4EMISIONISPEKTRI
Usijana cvrsta, tecna i gasovita tela emituju zracenje u vidljivom delu
spektra. Ovakvo elektromagnetno zracenje, odnosno svetlost, slozeno je
od zracenja razlicitih talasnih duzina odnosno frekvencija. Skup zracenja
svih talasnih duzina ili odredenog intervala talasnih duzina naziva se
spektar.
1.4.1 Analiza emisionih spektara
Kada snop polihromatske (bele) svetlosti padne na disperzioni
elemenat, na primer na prizmu ili na difrakcionu resetku, svetlost se
I
14
razlaze na sastavne komponente, a spektar tako razlozene svetlosti moze
se videti na ekranu iza disperzionog elementa (slika 1.4.1.1).
CRVENANARANDZASTAZUTAZELENA
PLAVA
LJUBICASTA
Slika 1.4.1.1- llustracija uz definiciju spektra zracenja
Ako se ovako razlozeno zracenje fotografise ili snimi na pisacu iliosciloskopu, dobija se slika koja se takode naziva spektar.
Za analizu spektra zracenja koriste se spektralni uredaji koji se uprincipu sastoje od ulazne pukotine, disperzionog elementa i detektora,sto je prikazano na slici 1.4.1.2.
Slika 1.4.1.2 - llustracija uz definiciju spektralnog uredaja
15
Na ekranu iza prizme vide se razlicito obojene linije. Ove linije su u stvarilikovi ulazne pukotine i nazivaju se spektralne iinije. Kada se kao
disperzioni element koristi prizma, dobija se spektar kod kojeg jeljubicasti deo vise razvucen od crvenog. Kada se koristi disperzionaresetka, spektar je podjednako razvucen [15].
Uredaj kod kojeg se kao detektor koristi samo ekran za posmatranjespektra naziva se spektroskop, a ako ima i skalu za ocitavanje talasnih
duzina spektrometar. Kada se kao detektor koristi fotoploca, spektralniuredaj se naziva spektrograf. Ako uredaj pre detektora ima i izlaznupukotinu kojom se izdvaja uski deo spektra razlozene svetlosti, naziva semonohromator. Kod monohromatora se kao detektor obicno koristifotomultiplikator.
Ako se spektar sastoji samo od spektralnih linija, takav spektar senaziva linijski, a ako svetlost sadrzi neprekidan niz talasnih duzina usirem spektralnom intervalu, onda se linije u spektru slivaju u neprekidniniz te se dobija kontinualni spektar. Kada se linije u spektru grupisu uuzim talasnim intervalima tako da cine trake, dobija se emisioni spektarkoji se naziva trakasti.
Razliciti svetlosni izvori daju i razlicite vrste spektra. Kontinualne spektreemituju usijana cvrsta i tecna tela i usijani gasovi pod vrlo visokimpritiskom. Trakasti spektri poticu od pobudenih molekula, odnosno odusijanih para i gasova u molekulskom stanju. Linijske spektre daju usijanigasovi na nizim pritiscima ako se nalaze u atomskom stanju. Spektralnelinije ili trake ne dobijaju se nikad potpuno izdvojeno ve6 su uveksuperponirane na kontinualni spektar.
Osim toga, spektralna linija nije beskonacno uska vec uvek imaodreden profil, odnosno nekakvu raspodelu intenziteta zracenja uodredenom intervalu talasnih duzina i zbog toga uvek ima konacnu sirinu
,t ' -
16
Nc<D
Kontinuum
Talasna duzina
Slika 1.4.1.3 - Profil spektralne linije
Na oblik i sirinu spektralne linije uticu prirodno sirenje, fizicki usiovi unutarsupstance koja zraci i karakteristike spektralnog uredaja i detektora.
17
GLAVA II
2.1 IZVORI SVETLOSTI
Izvori svetlosti mogu se klasifikovati na vise nacina. Na primer prirodniizvori, kao sto su Sunce i druge zvezde, atmosferska praznjenja i dr., irazni ve§tacki izvori svetlosti. Ovde ce biti reci samo o vestackim izvorimasvetlosti koji se opet mogu podeliti na razlicite nacine. Na primer, premaspektralnom sastavu, infracrveni, vidljivi, ultraljubicasti itd., premaprocesu emisije zracenja, koherentni i nekoherentni, prema nacinu rada,kontinualni i impulsni, prema nameni, za osvetljenje, spektralni izvori,izvori specijalne namene za laboratorijsku upotrebu, za kalibraciju itd.
Ovde 6e biti napravljena podela prema odredenim termodinamickimsvojstvima tela koje zraci, i to na: toplotne izvore, kao sto su zagrejana telau termodinamickoj ravnotezi, luminescentne, kod kojih tela koja zracenisu u termodinamickoj ravnotezi, i na plazmene izvore, koji u zavisnostiod parametara plazme i spektralnog intervala mogu biti ravnotezni ineravnotezni, tj. toplotni i luminescentni [16].
2.1.1 Toplotni izvori svetlosti
Toplotni izvori svetlosti imaju kontinualan spektar koji se opisujezakonima toplotnog zracenja gde se kao osnovni parametri javljajuspektralna emisiona sposobnost e(^,T) i temperatura T. Apsolutno crnotelo ne postoji, ako se izuzmu posebno konstruisani izvori, koji emitujupriblizno kao i apsolutno crno telo, ili Sunce, koje takode imakarakteristike bliske karakteristikama apsolutno crnog tela. PremaKirchhoffovom zakonu (1.3.1.3) spektralna emisiona sposobnost nekog
tela se moze izraziti kao:
(2.1.1.1)
gde je spektralna apsorpciona sposobnost uvek manja od 1 ( a( ,T) < 1) .Tela kod kojih a(X,T) ne zavisi od talasne duzine nazivaju se siva tela [11].Kod sivog tela raspodela energije zracenja se poklapa sa raspodelom
18
zracenja apsolutno crnog tela, samo je snaga zracenja sa jedinice
povrsine manja. Medutim, ne postoje ni tela koja u potpunosti odgovarajudefiniciji sivog tela, ali za ogranicenu oblast talasnih duiina mogu biti vrlobliska sivom telu. Na slici 2.1.1.1 je dat primer uporedivanja spektralneemisione sposobnosti apsolutno cmog tela, izraiene u relativnimjedinicama na temperaturi od 2100K i spektralne emisione sposobnosti
volframa na istoj temperaturi.
e(X,T) aU,T)
A, (u.m)
Slika 2.1.1.1 - Uporedivanje raspodele emisione sposobnostiapsolutno crnog tela (1) i volrama (2).lsprekidanom linijom je
data apsorpciona sposobnost volframa.
Na slici je takode data i spektralna apsorpciona sposobnost volframa,koja opada sa porastom talasne duzine. U skladu s ovim spektralnaemisiona sposobnost volframa se bolje slaze sa emisionom sposobnoscu
apsolutno crnog tela na kra6im talasnim duzinama.Tela koja sluze kao toplotni izvori zagrevaju se protokom elektricne
struje ili hemijskim reakcijama, a intenzitet zracenja raste sa porastom
temperature tela.Kod elektricnih sijalica sa usijanim metalnim vlaknom, vlakna se
zagrevaju protokom elektridne struje. Osim toga, vlakno je obi6no ustaklenom balonu koji je vakuumiran ili punjen inertnim gasom. Sijalice sa
19
volframskim vlaknom, u zavisnosti od konstrukcije, koriste se za
osvetljenje, signalizaciju, kao etaloni u pirometriji itd. Sijalice, tj. izvori
zracenja kod kojih se vlakno nihroma ili volframa nalazi u balonu od
kvarcnog stakla koriste se kao izvori infracrvenog zracenja; na primer u
medicini za terapeutske svrhe, u industriji za termicku obradu materijala
itd. Kao materijal za sijalicna vlakna mogu se takode koristiti ugljenik,molibden, tantal, platina i dr.
Halogene sijalice su izvori svetlosti kod kojih je u kvarcni balon,
napunjen ksenonom, u kome svetli usijano volframsko vlakno, dodat i
neki halogeni elemenat, na primer jod ili brom. Ovakvi izvori se koriste za
osvetljenje, za projektore, za opticko pumpanje kontinualnih lasera, u
termografiji itd.
Postoje i izvori kod kojih svetli usijana elektroda ili supljina unutar
elektrode, a koji sluze kao izvori svetlosti u fotometriji i spektroskopiji.Izvor svetlosti moze biti i plamen, dobijen hemijskom reakcijom
kiseonika sa drugim gasovima ili metalnim prahom. Plameni izvori se
koriste za spektrainu analizu metodom plamene fotometrije u pirotehnici
itd.
U toplotne izvore spadaju i razni modeli sivih i apsolutno cmih tela koji
sluze kao etaloni odnosno izvori pomocu kojih se moze vrsiti kalibracija
ostalih izvora svetlosti.
2.1.2 Luminescentni izvori svetlosti
Luminescentni izvori svetlosti su cvrsta, tecna ili gasovita tela koja,
pobudena fluksom fotona, elektrona i drugih cestica ili elektricnim poljem,
emituju svetlost. Spektar i intenzitet zracenja ovakvih izvora zavisi od
fluksa i energije upadnih cestica ili od jacine elektricnog polja.
Izvori koji emituju svetlost pod uticajem upadne svetlosti nazivaju se
fotoluminescentni izvori. Koriste se za promenu talasne duzine zracenja u
odnosu na upadnu svetlost i kao izvori za blisku ultraljubicastu oblast.Fluorescentne rezonantne lampe koriste se kao izvori za vrlo uskespektralne linije koje nastaju pri fotopobudivanju para metala ili gasova.
Kod katodolumeniscentnih izvora zracenje nastaje pod dejstvom snopa
elektrona velike energije. Obicno su to impulsni izvori zracenja. Pobudeni
inertni gasovi, na primer, emituju molekulski kontinuum. Snopovi atoma
20
pobudeni elektronima emituju vrlo uske spektralne linije. U ovu vrstuizvora spada i katodna cev.
Kod elektroluminescentnih izvora svetlosti uzrok zracenja je elektricno
polje, na primer kod samostalnog praznjenja. U ovakav tip izvora takode
spada i poluprovodnicka svetleca dioda.
Pobudivanjem zracenja produktima radioaktivnog raspada dobijaju se
radioluminescentni izvori. Na ovaj nacin se moze dobiti rezonantno
zracenje inertnih gasova. U ovakav oblik zracenja spada i zracenjeCerenkova.
U luminescentne izvore zracenja spadaju sinhrotroni, gde zrafienje
emituju ubrzani elektroni koji se kre6u spiralno duz linija sila magnetnogpolja.
2.1.3 Plazmeni izvori svetlosti
U ovom slucaju je izvor svetlosti plazma koja se obicno dobija
elektrodnim ili bezelektrodnim praznjenjem kroz gas. Oblik spektra i
intenzitet zracenja zavise od sastava, pritiska i temperature plazme. Pri
niskim temperaturama i pritiscima zracenje pretezno sadrzi uske
rezonantne linije i molekulske trake. Sa porastom temperature pocinje da
raste intenzitet kontinualnog zracenja, tj. zakocnog i rekombinacionog
zracenja. Sa porastom pritiska dolazi i do prosirenja spektralnih linija.
Plazmeni izvori se uglavnom koriste kao laboratorijski izvori u
spektroskopiji, a neki se mogu koristiti i za osvetljenje.
U kontinualne izvore plazme ubrajaju se spektralne lampe niskog
pritiska kod kojih se koristi tinjavo ili lucno praznjenje. Ove lampe sadrze
razlicite gasove ili metalne pare i sluze kao referentni spektralni izvori. U
zavisnosti od konstrukcije mogu se koristiti i za osvetljenje i kao indikatori.
Lampe visokog pritiska se koriste za osvetljenje u projekcionim
aparatima ltd.Slobodno goreci lukovi se koriste za emisionu spektralnu analizu, dok
se za spektroskopiju plazme koriste zidom stabilisani lukovi. Lukovispadaju u niskotemperaturne izvore plazme.
Niskotemperaturna neravnotezna plazma koja se koristi kao svetlosni
spektroskopski izvor dobija se bezelektrodnim radiofrekventnim
praznjenjem.
21
Impulsni plazmeni izvori se ostvaruju elektricnim praznjenjem, obicnobrzih kondenzatora kroz gas, zatim formiranjem udamog talasa kroz gasill snaznim laserskim impulsima.
Varnica se koristi kao izvor svetlosti za impulsnu fotoanalizu i emisionuspektroskopiju.
Impuisne lampe se koriste kod stroboskopa, za fotolitografiju, optickopumpanje impulsnih lasera itd.
U impulsne izvore spadaju i z-pinc, kod koga se plazma dobijaelektrodnim praznjenjem, i 0-pinc, kod koga se plazma dobijabezelektrodnim praznjenjem kroz gas. Ovi izvori prvenstveno sluze zaizucavanje spektara atoma i jona.
Plazma-fokus je izvor koji daje vrlo intenzivno kontinualnorekombinaciono zracenje u ultraljubicastom delu spektra i koristi se uspektroskopiji plazme.
Kapilarnim praznjenjem dobija se plazma velike elektronske gustine,koja se takode koristi kao laboratorijski plazmeni izvor.
Impulsno zracenje se dobija i brzim sabijanjem gasa pomocu udamogtalasa u tzv. udarnim cevima. Ovakvi izvori se koriste, kao i ve6ina izvoraplazme, za odredivanje atomskih i molekulskih parametara.
Laserski proizvedena plazma nastaje fokusiranjem snaznog laserskog
impulsa na gasnu ili cvrstu metu. Koristi se u apsorpcionoj i emisionojspektroskopiji.
Ovako velik broj izvora svetlosti i Jos' ve6i broj mogucnosti njihoveprimene pove6ava i potrebu za kalibracijom ovih izvora, odnosno zamerenjem apsolutnog intenziteta i spektralnih karakteristika zracenja cimese jos vise prosiruje mogucnost koris6enja svetlosnih izvora.
2.2 STANDARDNA LAM PA
Apsolutno crno telo, tj. razliciti modeli apsolutno crnog tela su uprincipu najbolji izvori koji se koriste kao standard za kalibraciju ostaiih
izvora svetlosti. Medutim, apsolutno crno telo kao radni standard imanekoliko nedostataka. Obidno se koriste cilindricna ili sterna Suplja telazagrejana u pe6i ili istopljenom metalu [17]. Da bi se sto vi§e smanjio
22
gradijent temperature, pe6i moraju biti masivne i dobro izolovane.Zagrevanje takode zahteva posebnu opremu, pa je konstrukcija iodriavanje ovako napravljenog apsolutno crnog tela vrlo skupa. Zbogoksidacije i isparavanja supljeg tela na visokoj temperaturi tesko je dobitipotreban intenzitet zracenja u sirokom intervalu spektra, narofiito uultraljubicastom delu. Osim toga temperatura se mora odrzavati dovoljnokonstantnom jer promena temperature od 0.1% moie dovesti do promeneintenziteta zracenja od nekoliko procenata.
Iz navedenih razioga model apsolutno crnog tela se koristi samo kaoosnovni tj. primarni standard u vrlo retkim i za tu svrhu posebnoopremljenim radiometrijskim laboratorijama.
Kao radni standard vrlo je pogodna lampa sa volframskim vlaknom ilivolframskom trakom. Prednosti ove lampe u odnosu na crno telo suvisestruke. Grejanje vlakna elektricnom strujom je mnogo jednostavnije iomogudava lakse podesavanje, ali i visoku tacnost odrzavanja intenzitetazracenja. Kako se vlakno ili traka nalaze u vakuumu ili u atmosferiinertnog gasa lako se postize visoka temperatura. Osim toga volfram jemetal koji ima visoku tacku topljenja (3655K) tako da na visokojtemperaturi veoma sporo isparava sto opet uslovljava da prozor lampekroz koji se emituje zracenje ostane cist za dug period vremenakorisdenja ovakve lampe.
Medutim, raspodela raspodela intenziteta zracenja volframskog vlaknaili uopste necrnih tela ne moze se dobiti teorijski, pa se koristeodgovarajude empirijske formule izvedene na osnovu formula za zracenje
apsolutno crnog tela [18].Standardna lampa sa dugackom volframskom trakom koja je u ovom
radu korisdena za kalibrciju drugih izvora svetlosti prikazana je na slici
2.2.1.
23
Slika 2.2.1 - Standardna lampa sa dugackom trakom.
1- stakleni baton, 2- volframska traka, 3- kvarcni prozor.
Volframska traka se nalazi u staklenom balonu iz kojeg je evakuisan
vazduh. U pravcu normalnom na povrsinu trake i u visini sredine trake
nalazi se izduzeni cilindricni stakleni deo na cijem se kraju nalazi kvarcni
prozor kroz koji se posmatra emitovano zracenje. Sredina trake je
oznacena 'V zarezom. U donjem delu traka je savijena zbog
amortizovanja termickog naprezanja.
2.2.1 Kaiibracija standardne lampe
Standardna lampa sa dugackom volframskom trakom, koriscena u
ovom radu, kalibrisana je u laboratoriji za plazma spektroskopiju
odeljenja za atomsku fiziku americkog Nacionalnog institute za standarde
i tehnologiju (NIST) pomo6u standardne lampe istog tipa koja se u ovoj
laboratoriji koristi kao sekundarni standard. Ova druga lampa, tj.
sekundarni standard kalibrisana je pomocu modela apsolutno crnog tela
u laboratoriji za kalibraciju spektralnog zracenja takode u NIST-u [19].
Kaiibracija sekundarnog standarda uradena je 1982. godine i data je u
tabeli 2.2.1.1.
24
Tabela 2.2.1.1.- Kaiibracija sekundarnog standarda. A,- talasna
duzina, T-temperatura crnog tela, \*- izmereni spektraini intenzitet
sekundamog standarda, If" - spektraini intenzitet sekundarnog
standarda izracunat prema [20], G- relativna greska racunata u
odnosu na izmereni spektraini intenzitet
A,0
(A)
2250.0002300.0002400.0002500.0002600.0002700.0002800.0002900.0003000.0003250.0003500.0003750.0004000.0004500.0004750.0005000.0005500.0005750.0006000.0006546.0006750.0007000.0007500.0008000.0009000.000
10500.000
T(K)
2645.702644.802643.902642.802641.402639.202636.602634.302631.202622.502613.302603.002592.102569.502557.802545.202521 .202508.802496.002468.302457.702444.402417.802390.402334.402249.40
Is'x
(W/cm3sr)
6.623E+009.948E+002.138E+014.277E+018..030E+011 .420E+022.389E+023.860E+025.976E+021.538E+033.355E+036.393E+031.098E+042.553E+043.552E+044.700E+047.395E+048.848E+041 .032E+051.348E+051.457E+051.583E+051.801E+051 .967E+052.145E+052.117E+05
|SE'\3sr)
6.823E+001 .029E+012.207E+014.410E+018.272E+011.461E+022.455E+023.964E+026.130E+021 .575E+033.430E+036.530E+031.119E+042.598E+043.612E+044.775E+047.502E+048.974E+041 .046E+051.364E+051 .475E+051.601E+051.821E+051 .987E+052.166E+052.135E+05
G(%)
3.413.403.223.113.012.922.782.712.572.422.232.141.951.761.701.601.451.421.351.251.221.161.111.030.960.83
25
Temperatura crnog tela je merena pomocu fotoelektricnog pirometra,ugradenog u spektroradiometar. Ovo je temperatura boje i predstavljaonu temperaturu crnog tela za koju se u posmatranom intervalu talasnihduzina spektralna raspodela volframske trake najbolje slaze saraspodelom crnog tela.
Jacina struje kroz volframsku traku sekundarnog standarda bila je0
39.35A. Procenjena greska kod odredivanja Ijf je 1.3% na 2600A, 1.0% na
3000A i0.5%na8000A.Rezultati merenja spektralnog intenziteta zracenja uporedeni su sa
racunskim vrednostima na osnovu empirijske formule [20]:
gde su C1 i C2 konstante koje imaju vrednosti 1.19096-10"12Wcm2 /sr i
O.Q0616-1Q~4cm. Talasna duzina zracenja X izrazena je u cm, atemperatura T u K, tako da je lx izrazeno u W/cm3sr.
Pomocu sekundarnog standarda kalibrisana je standardna lampakoriscena u ovom radu. Kalibracija je izvrsena pri temperaturi okoline od
28±3°C, a rezultat je dat u tabeli 2.2.1.2.
26
Tabela 2.2.1.2 - Vtalasna duzina, T- odgovarajuca temperatura
crnog tela racunata prema (2.2.1.1), If i If - spektralni intenziteti
standardne lampe za jacine struja kroz lampu 40 i 30A. l£- fjtovane
vrednosti na \f, G- relativna greska izmerenih i fitovanih vrednosti \f
Xo
(A)
2500
2600
2700
2800
2900
3000
3250
3500
3750
4000
4500
4750
5000
5500
5750
6000
6546
6750
7000
7500
8000
T-40
(K)
2568
2562
2555
2549
2543
2536
2517
2499
2478
2459
2419
2390
2378
2340
2322
2302
2258
2246
2217
2186
2148
If
(W/cm3sr)
6.202E+011.148E+022.002E+02
3.336E+02
5.358E+02
8.233E+02
2.074E+03
4.449E+03
8.327E+03
1.416E+04
3.206E+04
4.222E+04
5.804E+04
9.049E+04
1 .080E+05
1.251E+05
1 .606E+05
1.754E+05
1.822E+05
2.166E+05
2.292E+05
T30
(K)
2171
2173
2173
2174
2168
2162
2148
2134
2119
2105
2076
2061
2047
2018
2004
1989
1958
1949
1927
1907
1878
|30'\3sr)
1.026E+002.409E+005.112E+00
1.037E+01
1.841E+01
3.131E+01
1.010E+02
2.677E+02
6.061 E+02
1 .208E+03
3.625E+03
5.594E+03
8.173E+03
1.519E+04
1 .962E+04
2.437E+04
3.607E+04
4.126E+04
4.528E+04
5.853E+04
6.885E+04
l(W/cm3sr)
-
----
2.908E+019.812E+01
2.644E+02
6.007E+02
1 .204E+03
3.633E+03
5.600E+03
8.167E+03
1.515E+04
1 .942E+04
2.414E+04
3.577E+04
4.031 E+04
4.609E+04
-
-
(
(*
-
-
-
-
-
-7.12
-2.85
-1.38
-0.89
-0.34
0.23
0.01
-0.01
-0.30
-1.03
-0.95
-0.83
-2.32
1.79
-
-
27
Prilikom kalibracije je koris6ena procedura, opisana u Glavi III i IV . U
tabeli 2.2.1 .2 date su vrednosti spektralnih intenziteta standardne lampe
i If koje se odnose na dve jacine struje kroz standardnu lampu od 40 i
30A. Odgovarajuce temperature crnog teia izracunate su na osnovu izraza(2.2.1.1)kao:
1.438
1 + Ini x\ -k(2.2.1.2)
Rezultati kalibracije standardne lampe, dati u tabeli 2.2.1.2, prikazani su
graficki na slici 2.2.1.1. Procenjena greska kalibracije je ±2%.
^^co t/5
CD £>o .05 N
H— •0) <^
^ s.I cl
^ ™
_g CD2 -^-•— • »_CD T3Q. Cto 2
To
2
105
2
104
Z
103
2
102
2
i m
! , , , , ; , |
n O O -0 0
.40 0 ° 1O O O | . o :
O __-- —^ --•'"""""
o ° *-^'^^ =Q^^
O -''' . :
X^ 30 •
- /* • • • | . •=.
- •'"' * IF ~~ *'' ' \ A,
,* :; ./'' I
~
- 9
-
! , ! , 1 • ! -i. '
3000 4000 5000 6000o
Talasna duzina (A)
7000
Slika 2.2.1.1- Kalibracija standardne lampe If ilf - spektralni intenziteti
standardne lampe za jacine struje kroz lampu 40 i 30A. l£ - fitovane
vrednosti na If
28
Da bi se standardna lampa mogla koristfti za kalibraciju drugih izvora
svetlosti na talasnim duzinama razlicitih od onih datih u tabeli 2.2.1.2,uradeno je fitovanje metodom najmanjih kvadrata, u ovom slucaju za
vrednosti \f polinomom cetvrtog stepena:
C5 (2.2.1 .3)
oU ovom slucaju je od interesa opseg talasnih duzina od 3000-7000A
tako da je fitovanje izvrSeno samo u torn opsegu.Zbog oblika funkcije Ix. - f(X) mereni opseg talasnih duzina je podeljen na
0 0tri dela. Za opseg od 3000A do 4000A koriste se koeficijerrti polinoma:
Ci = 2.31 5-1 (T10
Ca = -2.3484658- 1<T6
Ca = 8.9896237478-1 0"3
C4=-1. 537404251 1-101
Cs= 9.901 6591 8-1 03
o oza opseg od 4000A do 5000A koristi se polinom tredeg stepena sakoeficijentma:
Ci = 7.99081 5- 10'7
Ca = -6.579451 -10"3
Ca = 1. 743383-1 01
C4 =-1.4401 38-1 04
0 0i za opseg od 5000 A do 7000 A koriste se koeficijenti:
Ci =-1. 026-1 0"10
Cz = 1.746561 9- 10"8
Cs= -6.1 7722422- 10"3
C4 =-6.0628-10°
C5 = 3.881 01 52344- 104
Rezultati procedure fitovanja dati su u tabeli 2.2.1.2, a prikazani su i naslici 2.2.1.1. Greska fitovanih vrednosti u odnosu na merene vrednosti
29
spektralnog intenziteta lx krece se u intervalu od ±2% ako se izuzmu prve0
dve tacke na 3000 i 3250A, sto pokazuje da se fitovane vrednosti lx mogu
koristiti u proceduri kalibracije drugih spektralnih izvora. Ako je potrebanave6a tadnost, raspodela intenziteta zracenja u posmatranom intervalutalasnih duzina moze se izdeliti na cetiri ili pet delova, sto 6e sniziti greskufitovanja na ispod ±0.5%.
Zracenje, emrtovano iz centra trake, posmatrano kroz kvarcni prozor(slika 2.2.1) je slabo polarizovano.
p = lx(max)-lx(min) (2214)lx(max) + lx(min)
0Stepen polarizacije odreden na talasnoj duzini 5000A iznosi 0.034, takoda polarizacija prakticno nema uticaja na kalibraciju.
Pri upotrebi standardne lampe treba voditi raduna o vremenu radastandardne lampe. Korekcija spektralnog intenziteta zracenja u funkcijivremena rada lampe moze se izraziti kao [21]:
8IX6=H(-0.061%) (2.2.1.5)
za talasnu duzinu X6=6546A. Vreme rada lampe H je izrazeno u
casovima. Korekcija za druge talasne duzine, izrazena u procentima,izracunava se iz [21 ]:
(2.2.1.6)
gde je talasna duzina A, izrazena u A.
2.2.2 Raspodela intenziteta zracenja duz volframske trake
Na sredini vorframske trake standardne lampe nalazi se zarez u oblikuslova V. Na torn mestu je smanjen presek trake, sto znaci da je povecanotpor, a time i zagrevanje trake usled protoka struje. Povedanje
30
temperature u centrainom delu ima za posledicu i veci intenzitet zracenja
sa toga mesta. U torn cilju je izvrseno merenje intenziteta zracenja
poprefino i uzdui volframske trake. Merenje je izvrseno na talasnoj duzini0
6600A, a jacina struje je bila 35A. Lik usijane volframske trake,
projektovan je u odnosu 1:1 na ulaznu pukotinu monohromatora, tako da
je posmatran ise6ak trake visine 0.8mm i sirine 0.6mm. Na slici 2.2.2.1
prikazana je raspodela intenziteta zrafienja, gledana poprecno u odnosu
na traku i to u smeru od 'V zareza.
20
03 15
SicSi 10c
4
x (mm)
Slika 2.2.2.1- Raspodela intenziteta zradenja
poprecno na volframsku traku
Na slici 2.2.2.2 prikazana je raspodela intenziteta zracenja duz
volframske trake u smeru od gore prema dole (slika 2.2.1).
31
1.60
1.55
1.50
<u
2c
— 1.45
1.4010 15 20
y (mm)
25
Slika 2.2.2.2- Raspodela intenziteta zracenja
duz volframske trake
Sa slika 2.2.2.1 i 2.2.2.2 vidi se porast intenziteta zracenja emitovanog sa
centralnog dela volframske trake. Upravo je zraSenje sa centralnog dela
trake korisceno za kalibraciju standardne lampe. O ovome treba voditi
racuna prlikom koris6enja standardne lampe za kalibraciju drugih izvora
svetlosti, sto znaci da ne treba posmatratj povrsinu ve6u od 2x2mm u
oblasti 'V zareza.
2.2.3 Strujni izvor i stabilnost jacine struje kroz standardnu lampu
Od jacine struje koja protice kroz volframsku traku standardne lampe
zavisi temperatura trake, a time i intenzitet zracenja. Promena jacine struje
od 1mA pri jafiini struje od 40A prouzrokuje promenu u spektralnom
intenzitetu zracenja lx od priblizYio 0.013%. Merenje je izvrseno na talasnoj0
duiini 6546A. Promena 5IX izraiena u procentima po mA za razlicite
talasne duzine moze se izracunati kao [21]:
5I 65460.013 (2.2.3.1)
32
Ovo ukazuje da je prilikom merenja sa standardnom lampom potrebnokoristiti visoko stabilan izvor struje. Precizno merenje jacine struje je odvelike vaznosti. Na slici 2.2.3.1 prikazano je kolo za elektricno napajanjestandardne lampe.
Standardna—t I lampa
Stabilisaniizvor
Slika 2.2.3.1- Sema kola za elektricno napajanjestandardne lampe
Kao izvor struje koristi se jednosmerni Stabilisani izvor, posebnokonstruisan za ovakve namene. Izvor daje maksimalnu jacinu struje od30A sa stabilnoScu od 0.3%. Ja6tna struje se meri i kontroliSe pomocusant otpornika i milivoltmetra. U kolu se jos nalazi i balastni otpornik od1.8Q jer je otpor volframske trake standardne lampe veoma mali, 0.006Q,
u nezagrejanom stanju.Sant za merenje jafiine struje napravljen je od komada bakarne ilce
0.045Q i pre upotrebe je kalibrisan. Kalibracija je izvrSena pomo6ustandardnog santa i instrumenta, pozajmljenih iz Laboratorije zakalibraciona merenja Elektrotehnickog fakulteta. Nacin kalibracije jeprikazan na slici 2.2.3.2.
33
Standardnalampa
Sant zakalibraciju
Stabilisaniizvor
Slika 2.2.3.2- Kalibracija santa za merenje
jacine struje
Za jacinu struje od 30A koja protice kroz kolo milivoltmetar, prikljucen na
sant koji sluzi za kalibraciju, pokazivao je 100mV, a milivoltmetar na santu
koji je kalibrisan pokazivao je 24.5mV.
Prilikom ukljucenja standardne lampe u kolo struje treba poceti sa
jacinom struje ne vecom od 5A i nakon svakih 5min povecavati jacinu
struje sa korakom ne vecim od 5A da bi se izbeglo veliko termicko
naprezanje volframske trake. Nakon dostignute jacine struje od 30A treba
sacekati oko 30min da se temperatura lampe stabilizuje pa tek posle toga
poceti sa merenjem.
34
GLAVA III
3.1 POSTAVKA MERNOG SISTEMA
Kalibracija n9kog svetlosnog izvora tj. merenje intenziteta ill
spektralnog Intenziteta svetlosnog izvora u apsolutnim jedinicama svodi
se na uperedivanje intenziteta zracenja standardnog izvora i intenziteta
zracenja posmatranog izvora svetlosti. U torn cilju postavljen je memi
sistem koji se sastoji od optickog sistema i sistema za prikupljanje
podataka.
3.1.1 Opticki sistem
Na slici 3.1.1 dat je sematski prikaz optickog sistema.
HNRO
SO
K
FM
-il-
NF
DM
\Sfrn^
Slika 3.1.1- Opticki sistem
LJk standardne lampe SL se preko ravnog ogledala RO i sfernog ogledala
SO zizne daljine 60cm dovodi na ulaznu pukotinu monohromatora DM u
35
razmeri 1:1. Ispred standardne lampe nalazi se zaklon Z, kojim se
obezbeduje da na ogledala RO i SO padne samo zracenje koje je proslo
kroz kvarcni prozor standardne lampe. Na sfernom ogledalu SO
postavljena je blenda precnika 10mm da bi se ogranicio prostorni ugao
posmatranja. Oko standardne lampe i ogledala postavljen je zaklon K
radi zastite od velikog intenziteta svetlosti. U slucaju kada je intenzitet
upadne svetlosti velik, ispred ulazne pukotine monohromatora postavlja
se filter NF kako bi se obezbedilo da jacina struje kroz fotomultiplikator
FM ne prede maksimalnu dozvoljenu vrednost. Signal safotomultiplikatora se vodi na odgovarajuci merni instrument.
Nakon merenja signala koji poticu od standardne lampe, na mesto
standardne lampe postavlja se izvor svetlosti koji je potrebno kalibrisati.
Opticko poravnavanje sisterna vrsi se pomo<5u He-Ne lasera HN.Potrebno je obezbediti da na ulaznu pukotinu monohromatora padne
zracenje sa centralnog dela volframske trake. Postupak poravnavanja je
sledeci. Prvo se sa izlazne pukotine monohromatora skine
fotomultiplikator. Zatim se He-Ne laser podesi tako da laserski zrak koji
padne na izlaznu pukotinu izade kroz ulaznu pukotinu monohromatora.
Izlazni laserski zrak sluzi za podesavanje visine i polozaja centra ogledala
i standardne lampe. Ovim se postize da zracenje iz centralnog dela
volframske trake, koje pada na ulaznu pukotinu, prelazi isti put kao i
laserski zrak samo u suprotnom smeru, tako da posle prolaska kroz
monohromator pada na izlaznu pukotinu, tj. na fotomultiplikator.
3.1.2 Eiementi optickog sistema
Svaki od elemenata optickog sistema mora zadovoljiti odredene uslove
kako bi se mogao koristiti za ovakva merenja.
Standardna lampa
Karakteristike standardne lampe i zahtevi u vezi sa stabilnim elektricnim
napajanjem opisani su u Glavi II (2.2, 2.2.1, 2.2.2 i 2.2.3).
36
Ogledala
Za kalibraciona opticka merenja koriste se kvalitetna laboratorijska
ogledala. Ova ogledala su obicno nacinjena od tankog sloja aluminijuma
naparenog na debelu staklenu podlogu koja je otporna na termickedeformacije.
Opticki filter
Kako se ovde radi o merenju spektralnog intenziteta, tj. o raspodeli
intenziteta zracenja po talasnim duzinama u sirem intervalu spektra,
potpuno je jasno da se za snizenje nivoa signala moraju koristiti tzv.
neutraini filtri. Ovo su filtri kod kojih transparencija slabo zavisi od talasne
duzine. Postoji vise vrsta neutralnih filtera, medutim za ovakva merenja
mogu se koristiti sarno kvalitetni neutraini metal film filtri. Na primer,
neutraini filtri nacinjeni od stakia koje sadrzi organske boje dobri su samo
za niske intenzitete svetlosti, medutim za intenzitete svetlosti koje daje
standardna lampa oni postaju opticki aktivni, sto znaci da im se
transparencija menja u zavisnosti od intenziteta upadne svetlosti, i time
postaju potpuno neupotrebljivi u postupku kalibracije.
U ovom slucaju je u opsegu talasnih duzina od 357nm do 625nm
koris6en neutraini metal film filter. Pre upotrebe izvrsena je kalibracija
filtra, tj. odredena je transparencija filtra u pomenutom opsegu talasnih
duzina. U tabeli 3.1.2.1 dati su rezultati kalibracije . Sa IXBF i IXSF oznaceni
su signali sa fotomultiplikatora bez filtra i kada je na ulaznu pukotinu
postavljen neutraini filter. Velicina ovih signala je proporcionalna
odgovarajucim spektralnim intenzitetima i nazvana je relativni spektralni
intenzitet i izraiena je u relativnim jedinicama .
Transparencija filtra je odredena kao:
TrX = (3.1.2.1)\SF
i data je u tabeli 3.1 .2.1 , a takode i graficki prikazana na slici 3.1 .2.1 .
37
Tabela 3.1.2.1- X-talasna duzina, IXBF- relativni spektralni intenzitet zracenja
bez filtra na ulaznoj pukotini monohromatora, IXSF- relativni spektralni
intenzitet zracenja sa filtrom na ulaznoj pukotini monohromatora, TrX-
transparencija, TrX- fit transparencije.
A.
(nm)
357
361365
369
373
377
381
385
389
393
397
401
405
409
413
417
421
425
429
433
437
441
445
449
453
457
461
465
w(rel.j.)
11.400
14.600
17.400
19.800
22.400
26.200
28.800
30.400
33.200
35.000
37.000
38.400
39.800
40.600
41 .200
38.000
42.800
56.800
67.600
66.200
60.000
58.200
62.200
67.600
77.400
87.500
98.700
106.400
'XSF
(rel.j.)
1.801
2.200
2.601
3.000
3.402
3.869
4.201
4.534
4.864
5.002
5.265
5.464
5.598
5.734
5.801
5.333
6.001
7.800
9.132
8.998
8.333
8.067
8.532
9.331
10.595
1 1 .737
12.864
13.602
Trx
6.330
6.637
6.690
6.600
6.585
6.772
6.855
6.705
6.825
6.997
7.027
7.027
7.110
7.080
7.102
7.125
7.132
7.282
7.402
7.357
7.200
7.215
7.290
7.245
7.305
7.455
7.672
7.822
"ft
6.57
6.60
6.63
6.67
6.70
6.73
6.77
6.80
6.84
6.88
6.92
6.95
6.99
7.03
7.07
7.11
7.15
7.19
7.23
7.27
7.31
7.35
7.39
7.43
7.47
7.51
7.55
7.58
38
/\l
(nm)
469473477481
485489493497501505509513517521
525529533537541
545549
553
557561565569573
577
581585589593597
601
'XBF
(rel.j.)1 1 1 .500115.000117.600118.800118.200117.200116.800114.4001 1 1 .200109.400107.800106.600102.50098.00093.50089.60085.20085.60081.70077.80073.30069.00067.90066.20063.80060.70057.60054.500
50.00045.20039.10032.30026.90022.300
'XSF
(rel.j)
14.462
14.673
15.005
15.071
15.19814.997
14.52714.404
14.134
13.86613.79413.537
13.00312.79812.4671 1 .93511.33710.99610.2679.5969.134
8.6638.2007.9317.4697.131
6.667
6.3356.0665.4004.7353.9993.4002.800
'rX
7.710
7.837
7.837
7.882
7.777
7.815
8.0407.9427.867
7.890
7.815
7.875
7.8827.6577.5007.5077.5157.7857.957
8.107
8.0257.9658.2808.3478.5428.5128.6408.6028.2428.3708.2578.0777.912
7.965
UIA
7.62
7.66
7.69
7.73
7,76
7.79
7.82
7.857.887.91
7.94
7.967.988.018.038.04
8.068.088.098.108.118.118.128.128.128.128.118.118.098.08
8.078.058.038.00
39
A,
(nm)
605
609
613
617
621
625
'XBF
(rel.j.)
18.800
15.900
13.500
1 1 .700
10.200
8.700
'XSF
(rel.j.)
2.401
2.000
1.734
1.534
1.333
1.133
'rX
7.830
7.950
7.785
7.627
7.650
7.680
'rX
7.97
7.94
7.91
7.87
7.83
7.80
Da bi se kalibracija filtra mogla koristiti za bilo koju talasnu duzinu,
izmerene vrednosti transparencije su fitovane metodom najmanjih
kvadrata polinomom treceg stepena:
4 (3.1.2.2)
gde je :-7C, =-1.841713-10
C2 = 2.363465-10"
C3 = -9.10612-10'2
O, = 1.734045-101
Fitovane vrednosti transparencije date su u tabeli 3.1.2.1 i graficki
prikazane na slici 3.1.2.1. Sa slike se vidi da postoji odredeno odstupanje
mernih tacaka od fitovanih, sto je uslovljeno sumom, narocito za niske
vrednosti signala. Medutim, ovo odstupanje nije veliko +6.7% i -6.5% u
najnepovoljnijem slucaju za svega nekoliko tacaka.
40
CO,
"o_
toQ.W
CO
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
300
• • • • I r
400 500 600
Talasna Duzina (nm)
700
Slika3.1.2.1- TrX- transparencija (merene vrednosti),
TrX - fit transparencije
Monohromator
Za razlaganje svetiosti po talasnim duiinama kori§6en je dvostrukimonohromator, tj. monohromator koji ima dve difrakcione resetke i dvasistema ogledala ( slika 3.1.1). U sistemu za kalibraciju svetlosnih izvorapomo6u standardne lampe potrebno je koristiti dvostruki monohromatorili monohromator sa predisperzerom koji je korisden prilikom kalibracijestandardne lampe. Ovo je neophodno zbog toga da bi se izbegao uticajspektra drugog reda i rasejanog zracenja unutar monohromatora jer jeintenzitet zracenja standardne lampe relativno velik. Predisperzer ili prva
difrakciona resetka obezbeduju da na drugu resetku padne samoizdvojeni uzani deo spektra koji se trenutno posmatra.
41
Ponekad se za eliminaciju drugog reda spektra i rasejane svetlosti na
ulaznu pukotinu obicnog monohromatora stavljaju Siroki pojasni filtri ili
kombinacije ovih filtera. Mogu se koristiti samo interferencioni filtri, a
nikako stakleni kolor filtri jer kod njih dolazi do pojave fluorescencije na
nekim talasnim duzinama, tj. do promene transparencije u zavisnosti od
intenziteta upadne svetlosti [22]. Medutim, za svaku usku oblast talasnih
duzina treba koristiti drugu kombinaciju interferenclonih filtera, koji opet
unose dodatne greske u merenju spektralnog intenziteta i to razlicite za
razlicite opsege talasnih duzina. Osim toga, svaku od ovih kombinacijafiltera potrebno je prethodno kalibrisati. Ovo je razlog zasto se za
kalibraciju svetlosnih izvora koristi dvostruki monohromator.
Inverzna linearna disperzija dvojnog monohromatora koris6enog u
ovom radu je 2.5nm/mm. Obe difrakcione reSetke imaju 1200 zareza po
milimetru.
Fotomultiplikator
Fotomultiplikator pretvara opticki signal sa Izlaza monohromatora u
elektricni signal pogodan za merenje. Pretvaranje optiSkog signala u
elektricni zasniva se na pojavi fotoefekta. Fotomultiplikator je vakuumskaelektronska cev koju sacinjavaju fotokatoda, elektronski multiplikator i
anoda [23]. Fotokatoda daje polazni snop fotoelektrona koji se u
elektronskom multiplikatoru, sastavljenom od niza elektroda ( dinoda ),
umnozavaju pomo6u sekundarne emisije [24], dok anoda sluzi za
prinvatanje pojacanog snopa elektrona na izlazu elektronskog
multiplikatora.
Spektralna karakteristika fotomultiplikatora zavisi od materijala od
kojeg se izraduju fotokatoda i ostale elektrode i od materijala od kojeg je
izraden prozor, kroz koji snop fotona pada na fotokatodu. U ovom radu je
koris6en fotomultiplikator RCA 1P28, cija je spektralna karakteristika [25]
prikazana na slici 3.1.2.2.
42
24SPECTRAL RESPONSE
20
W
12
87838
-96706;
. MMMMS-597818
AC1B\'9661B
0-1 0-2 0-3 <M 0-5 04 0-7 0-6 04 1-0VWVELENGTH MICRONS
Slika 3.1.2.2- Spektralna karakteristika
fotomultiplikatora RCA 1P28
Spektralna karakteristika fotomultiplikatora ima najveci uticaj na
spektrainu karakteristiku celog optickog sistema tako da je ona uslovila
opseg talasnih duzina od 300-700nm, koris6en pri ovom merenju.Umnozavanje sekundamiih elektrona je omoguceno odgovarajucom
razlikom potencijala izmedu dinoda. Sema elektricnog napajanja
fotomultiplikatora RCA 1P28 [25] prikazana je na slici 3.1.2.3.
KDl D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9
Z D R R R R R R R R R
Slika 3.1.2.3- Sema elektricnog napajanja fotomultiplikatora
43
Da bi se obezbedio potreban pad napona izmedu dinoda ( oko 100V), na
fotomultiplikator se dovodi visoki napon do 1200V. Da bi se smanjilafluktuacija signala usied promene napona napajanja, pozeljno je izmedufotokatode i prve dinode odrzavati stalnim, bez obzira na napon izmedufotokatode i anode. Zbog toga se vrlo cesto izmedu fotokatode i prvedinode umesto otpornika vezuje zener dioda. Koeficijent sekundarneemisije, a time i pojacanje elektronskog multiplikatora, zavisi od naponaizmedu dinoda. Relativna promena pojacanja je oko deset puta veca odralativne promene napona napajanja. Zbog toga napon izvora visokognapona za napajanje fotomultiplikatora mora imati veliku stabilnost
(0.1%).Elektricni signal fotomultiplikatora uzima se sa izlaznog otpornika R|.
Vrednost R( je izabrana tako da za pad napona na otporniku od 5V struja
fotomultiplikatora ne prede maksimalnu dozvoljenu vrednost od 0.5mA
[25].
3.1.3 Sistem za prikupljanje podataka
Nacin prikupljanja merenih podataka je vazan element u celokupnojproceduri kalibracije svetlosnih izvora sa stanovista povecanja tacnosti ibrzine merenja. Za merenje spektralnog intenziteta zradenja koriscen je
sistem prikazan na slici 3.1.3.1.
PC
(,'PIB
DO
Slika 3.1.3.1- Sistem za merenje spektralnogintenziteta svetlosti
Signal sa fotomultiplikatora FM, koji se napaja pomocu izvora visokognapona VN, vodl se na ulaz digitalnog osciloskopa DO. Ovaj osciloskopima mogudnost usrednjavanja signala. Kada se radi o impulsima,
44
rezultuju6l signaj je srednja vrednost od 2n signaJa, gde je n=1,2,...,11.Mada je u ovim kalibracionim merenjima koriscen jednosmerni signal,zbog postojanja suma i veoma malih ali svakako neizbeznih varijacija uintenzitetu zracenja svetlosnih izvora, uvek postoje varijacije u nivousignala. Srednja vrednost signala dobija se iz 32 ocitavanja u toku od 20ms. Ovako usrednjen signal se preko HP-IB interfejsa vodi na personalnikompjuter PC (slika 3.1.3.1). Rad osciloskopa i oditavanje signalakontrolisani su personalnim kompjuterom pomo6u odgovarajuceg
programa napisanog u HP-BASIC-u, i koji je dat u prilogu. Ovakav nacinprikupljanja podataka je veoma pogodan kada se merenje vrsi u sirokomintervalu talasnih duzina i kada je potrebno prikupiti veliki broj podataka.
U slucaju pojedinacnog merenja, tj. merenja na jednoj talasnoj duzini,odnosno u veoma uskom intervalu talasnih duzina, na primer kada semeri intenzitet spekfralne linije ili kada se radi o nekoliko merenja, umestosistema osciloskop - kompjuter za merenje izlaznog signala safotomultiplikatora moze se koristiti univerzalni instrument, sto je prikazanonaslici3.1.3.2.
Slika 3.1.3.2- Sistem za pojedinacna merenja
intenziteta svetlosti
Srednja vrednost nivoa signala sa fotomultiplikatora u ovom slu6aju sedobija usrednjavanjem vrednosti signala dobijenih u vise uzastopnihocitavanja instrumenta.
45
GLAVA IV
4.1 SPEKTRALNA RASPODELA ZRA^ENJA HALOGENE SIJALICE
Spektralni intenzitet halogene sijalice, izrazen u apsolutnim jedinicama,
odreden je u opsegu talasnih duiina od 300 do 700nm. Merenje
spektralnog intenzlteta radeno je tacku po tacku. Na odredenoj talasnoj
duzini tj. na odredenom polozaju monohromatora posmatran je veoma
uzan interval talasnlh duiina od 0.25nm, odreden slrinom pukotina
monohromatora od 10O im i linearnom inverznom disperzijom resetke od
2.5nm/mm. Visina pukotine je bila 2mm.
Prvo je posmatrano zracenje standardne lampe. Snimljen je relativni
spektralni intenzitet Jsu, tj. intenzitet zracenja standardne lampe koji je
prosao kroz opticki sistem (napon na izlazu fotomultiplikatora) u
posmatranom opsegu talasnlh duzina. Ova veJicina je nazvana relativni
spektralni intenzitet jer je proporcionalana intenzitetu izvora zracenja
izrazenom u apsolutnim jedinicama, a faktor proporcionalnosti je
spektralna osetljivost optickog sistema. Zatim je na mesto standardne
lampe (slika 3.1.1.1) postavljena halogena sijalica. Pomo6u He-Ne lasers
podeseno je da centar vlakna halogene sijaiice bude na istom mestu gde
je bio centar volframske trake standardne lampe. Na ovaj nacin je
obezbeden jednak prostorni ugao posmatranja kao i u pretnodnom
sJucaju. Nakon toga snimljen je relativni spektralni Intenzitet halogene
sijaiice JHSX u posmatranom opsegu talsnih duzina. U ovom slucaju je
zbog smanjenja intenziteta upadne svettosti ispred ulazne pukotine
monohromatora postavljen neutralni filter (slika 3.1.1.1). Filter je koriScen
u opsegu taiasnih duzina od 357nm do 625nm.
Rezultati merenja, kao i potrebnih izradunavanja dati su u tabeli 4.1.1.
46
Tabela 4.1.1- X- talasna duzina, Jsu- relativni spektraini intenzitet
standardne lampe, lgu- spektraini intenzitet standardne lampe izracunat
pomocu formule (2.2.1.3), JHSX- relativni spektraini intenzitet halogene
sijalice snimljen uz korisdenje netralnog filtra, TrX- transparencija
neutralnog filtra uzeta iz Tabele 3.1.2.1, JHSX- relativni spektraini intenzitet
halogene sijalice (izvrsena korekcija na transparencyu filtra), l -
spektralni intenzitet halogene sijalice.
/v
(nm)
300301302303304305306307308309310311312313314315316317318319320321322323324325
USLX
(rel.j.)
0.003440.003530.003380.003570.003710.003550.003520.003620.003380.003470.003420.003290.003670.003500.003150.003620.003080.003210.003150.003200.003060.003260.003410.003320.003460.00338
'su
doe L)rrrsr
29.0830.6832.3634.1235.9537.8739.8741.9644.1446.4148.7751.2453.8256.4959.2862.1965.2068.3371.5874.9778.4882.1385.9189.8393.9098.12
UHSX
(rel.j)
0.00670.00630.00660.00590.00610.00560.00590.00530.00540.00540.00500.00540.00530.00540.00520.00550.00560.00560.00590.00630.00680.00690.00730.00770.00810.0089
'rX
1.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.00
°HSX
(rel.j)
0.00670.00630.00660.00590.00610.00560.00590.00530.00540.00540.00500.00540.00530.00540.00520.00550.00560.00560.00590.00630.00680.00690.00730.00770.00810.0089
'HSX
(106- -m sr
57556357595967627172728578879894118119133147174173184209220258
47
A,
(nm)
326327328329330331332333334335336337338339340341342343344345346347348349350351352353354355356357358359360361
JSLX
(rel.j.)
0.003320.003470.003300.003330.003030.0031 10.003330.003090.003290.003650.003280.003230.003520.003240.003160.003770.003720.003280.003440.003420.003550.003570.003650.003770.003710.003620.003870.004020.003950.004130.004240.004260.004320.004540.004450.00454
'SLK
no6 w )1 3 'm si
102.49107.01111.71116.56121.58126.78132.15137.71143.44149.37155.51161.81168.36175.10182.06189.22196.61204.23212.09220.18228.51237.10245.94255.04264.40274.04283.94294.12304.59315.35326.42337.76349.44361.40373.72386.35
JHSX
(rel.j)
0.00980.01010.01 1 10.01160.01260.01370.01490.01580.01690.01830.02020.02180.02350.03210.03500.03910.04130.04380.04740.05090.05330.05710.06140.06540.06830.07070.07270.07520.07680.08000.09000.01540.01600.01710.01730.0185
T:
1.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.006.576.586.596.606.60
JHSX
(rel.j)
0.00980.01010.01110.01160.01260.01370.01490.01580.01690.01830.02020.02180.02350.03210.03500.03910.04130.04380.04740.05090.05330.05710.06140.06540.06830.07070.07270.07520.07680.08000.09000.10110.10550.11280.11420.1220
'HSX
no6 wUU 3m sr
30131037740750755859370173774995710901125173720181961218327252924327634303797414144284869534853385506591861136934801585418978960210392
48
X
(nm)
362363364365366367368369370371372373374375376377378379380381382383384385386387388389390391392393394395396
Jsu
(rel.j.)
0.004880.004620.005140.005010.005090.005310.005370.005670.006040.006070.005860.005930.006390.006300.006860.007100.006940.007350.007360.007360.007360.007380.007920.007920.008280.008360.008020.008400.008690.009000.008970.008960.009080.009430.00996
'su
(106J )m3sr
399.30412.60426.24440.24454.58469.28484.37499.81515.63531.86548.47565.49582.89600.73619.01637.69656.81676.33696.36716.81737.72759.10780.98803.33826.18849.49873.35897.72922.60948.00973.931000.421027.461055.041083.21
JHSX
(rel.j.)
0.01810.01890.01930.02000.02020.02120.02160.02180.02230.02310.02350.02490.02580.02710.02840.02920.02920.03050.03080.03080.03160.03200.03150.03200.03220.03250.03300.03350.03400.03410.03550.03550.03570.03600.0370
T*
6.616.626.636.636.646.656.666.676.676.686.696.706.716.726.736.736.746.756.766.776.786.796.806.806.816.826.836.846.856.866.876.886.896.906.91
JHSX
(rel.j.)
0.11990.12510.12810.13280.13440.14070.14390.14530.14890.15430.15710.16670.17340.18190.19100.19650.19670.20590.20830.20840.21410.21750.21430.21790.21970.22180.22570.22890.23260.23420.24410.24410.24580.24830.2554
'HSX
(106- -m s
980211165106161165411995124301297212813126991352814700158821580917341172251764118620189341969820306214702235321119220972192422537245642445324684
246762649727236278192778227776
49
A,
(nm)
397398399400401402403404405406407408409410411412413414415416417418419420421422423424425426427428429430431432433
^SLA
(rel.j.)
0.009880.009620.010010.010310.010260.010220.010730.011080.010730.010890.010700.011490.011710.011670.011900.011870.012700.012260.011860.012010.011480.011730.012210.012710.012820.013590.013790.014400.016130.017280.018420.019340.020090.020750.020830.020900.02106
'SLA
(106J )m3sr
1 1 1 1 .941141.231171.151203.941235.781268.231301.291334.971369.261404.181439.751475.931512.761550.241588.371627.151666.591706.691747.461788.911831.041873.851917.341961.542006.422052.012098.322145.322193.042241 .492290.682340.582391 .212442.602494.742547.612601.25
HSX
(rel.j.)
0.03760.03770.03800.03850.03730.03690.03730.03790.03830.03850.03840.04100.04090.04100.04120.04290.04320.04290.04040.04030.04030.03950.04040.04040.04270.04420.04520.04700.05050.05400.05720.05830.06160.06290.06410.06450.0641
'rX
6.926.936.936.946.956.966.976.986.997.007.017.027.037.047.057.067.077.087.097.107.117.127.137.147.157.167.177.187.197.207.217.227.237.247.257.267.27
JHSX
(rel.j.)
0.26030.26140.26350.26760.25920.25720.26010.26440.26760.26950.26910.28820.28790.28870.29080.30300.30540.30350.28670.28640.28670.28140.28800.28880.30530.31630.32430.33770.36320.38920.41220.42100.44560.45570.46480.46820.4663
'HSX
do8 w1 3m sr
292843099830836306123028430718301333023732231326113382934435344413541135722
381233670338639385653888141650409004113140521
43442
43411
44876
45779
44961
4600346747
46519
48475
49089510205235652917
50
/\l
(nm)
434435436437438439440441442443444445446447448449450451452453454455456457458459460461462463464465466467468469470
su
(rel.j.)
0.021070.021170.020490.020010.020370.019670.020180.020490.020870.0201 10.021420.021480.022080.022640.023500.023780.024610.025070.026630.027390.028300.029480.030370.031150.032350.033060.033810.034940.035650.037300.037960.038540.039720.040270.040420.041790.04216
'su
do6 w )1 3 'm sr
2655.662710.812766.722823.002880.922939.192998.253058.103118.753180.203242.463305.543369.433434.143499.683566.063633.283701 .323770.223839.973910.573982.044054.374127.574201 .644276.604352.444429.184506.804585.324664.774745.084826.344908.504991.605075.625160.57
UHSX
(rel.j.)
0.06410.06200.06240.06130.06060.05830.05860.05930.05900.05900.05930.05920.06150.06040.06200.06200.06390.06570.06720.06720.06980.07120.07090.07250.07290.07380.07460.07520.07510.07640.07670.07700.07730.07710.07770.07800.0782
'rX
7.287.297.307.317.327.337.347.357.367.377.387.397.407.417.427.437.447.457.467.477.487.497.507.517.527.537.547.557.567.567.577.587.597.607.617.627.63
UHSX
(rel.j.)
0.46660.45200.45580.44850.44340.42750.43050.43580.43450.43460.43760.43780.45510.44750.45970.46050.47560.48960.50100.50190.52190.53300.53160.54410.54790.55570.56220.56730.56740.57780.58070.58400.58660.58620.59130.59400.5965
'HSX
no8 w* 3mjsr
54109533515679858517580805925059456605596054164192619926317265202638466452065192663976847967304668926868368659678026897768212689936957869232691606858969004696176911669375709897023371157
51
X
(nm)
471472473474475476477478479480481482483484485486487488489490491492493494495496497498499500501502503504505506
JSLA
(rel.j.)
0.043540.043640.044540.044690.046260.046040.046540.047140.047720.047940.048210.048610.049380.049080.049550.050540.049540.051080.050770.051050.051780.052420.051810.051990.052300.052300.051650.052020.052150.052450.052450.053640.053230.053600.052950.05265
'su
R W11 0 }1 3 'rrrsr
5246.465333.305421 .085509.825599.505690.155781 .775874.365967.926062.476157.996254.516352.056450.546550.066650.596752.156854.706958.287062.907168.547275.237382.987491 .757601 .587712.457824.427937.418051 .508166.688261 .358380.598500.768621 .888743.878866.77
HSX
(rel.j.)
0.07830.07860.07840.07870.07840.07900.07880.07850.07900.07900.07920.07900.07860.07880.07890.07840.07830.07860.07860.07830.07840.07830.07870.07870.07860.07860.07850.07860.07830.07810.07770.07770.07750.07730.07750.0774
•rX
7.647.657.667.677.677.687.697.707.717.727.737.737.747.757.767.777.787.787.797.807.817.827.827.837.847.857.857.867.877.877.887.897.907.907.917.92
JHSX
(rel.j.)
0.59790.60080.60020.60310.60180.60680.60620.60440.60880.60940.61190.61140.60880.61070.61260.60920.60920.61160.61210.61090.61220.61220.61580.61610.61640.61700.61670.61790.61590.61500.61260.61320.61160.61060.61270.6131
'HSX
MOB w \ /
rrrsr
70313717407146372800714197359873983740657493875922770797762877355793468010079362822558137483232838978418884433872488831689158905939305493949947829547396490958039767798221101180103251
52
X
m3sr
j;HSX
(nm) (rel.j.) orf" " > (rel.j.)
rX HSX 'HSX
(rel.j.) (io« "m3sr
507508509510511512513514515516517518519520521522523524525526527528529530531532533534535536537538539540541542543
0.052850.053680.052560.053630.052870.053290.053150.052640.053170.052490.052590.052310.052370.051630.052770.051360.052130.051190.051940.051510.051190.050560.050520.050020.049960.049740.050870.049760.049670.049270.048730.048610.048840.048480.047840.047980.04748
8990.599115.379240.989367.529495.009623.339752.629882.7410013.8210145.7510278.5810412.2810546.9210682.4010818.7410956.0211094.1411233.1711373.0411513.7911655.3911797.8911941.2212085.3812230.4612376.3612523.1412670.7312819.1812968.4813118.6813269.6313421.4813574.1113727.6013881.9114037.04
0.07720.07710.07710.07680.07660.07610.07620.07540.07520.07530.07470.07500.07500.07400.07380.07380.07300.07260.07160.07130.07100.07060.07000.07010.06960.06940.06780.06910.06870.06790.06880.06870.06820.06770.06660.06570.0659
7.927.937.947.947.957.957.967.977.977.987.987.998.008.008.018.018.028.028.038.038.048.048.048.058.058.068.068.068.078.078.088.088.088.098.098.098.09
0.61150.61 1 10.61170.60970.60860.60550.60620.60060.59920.60090.59620.59940.59960.59230.59120.59120.58520.58250.57500.57240.57020.56720.56270.56400.56070.55920.54680.55770.55430.54790.55550.55520.55080.54730.53900.53180.5333
104017103780107543106486109306109351111248112757112854116144116532119310120741122545121214126099124538127808125904127960129814132374133000136270137246139127134615142003143038144229149551151557151366153238154656153888157650
53
/\
(nm)
544545546547548549550551552553554555556557558559560561562563564565566567568569570571572573574575576577578579580
S1A
(rel.j.)
0.046730.047310.046830.046910.046130.0471 10.045520.044930.044910.045330.045120.044590.044590.044420.043790.043290.043320.042790.043040.042930.042800.042050.042800.041560.041870.041600.041140.040890.040040.040770.039890.039330.038040.038520.038510.038210.03759
'SL\6-^-)
m3sr
14192.9814349.7614507.3614665.7914824.9914985.0215145.8615307.4615469.8815633.1015797.0815961.9216127.4616293.8216460.9616628.9116797.5516967.0317137.2617308.2617480.0017652.4717825.7317999.7518174.5218350.0018526.2218703.1318880.8419059.2419238.4319418.2519598.8419780.1219962.1320144.8520328.22
°HSX
(rel.j.)
0.06490.06430.06380.06290.06150.061 10.06200.06050.05930.05950.05860.05780.05880.05780.05640.05710.05610.05570.05580.05570.05490.05440.05380.05170.05090.05090.05040.04920.04920.04980.04820.04730.04810.04660.04560.04530.0451
'rX
8.108.108.108.108.118.118.118.118.118.118.128.128.128.128.128.128.128.128.128.128.128.128.128.128.128.128.128.128.118.118.118.118.118.118.108.108.10
•JHSX
(rel.j.)
0.52570.52060.51720.50980.49850.49550.50250.49040.48110.48320.47570.46940.47740.46920.45820.46380.45570.45210.45350.45210.44550.44190.43710.41970.41340.41360.40900.39920.39940.40380.39130.38350.39020.37800.36950.36720.3654
'HSX
(108- -)m3sr
159678157911160208159370160190157607167215167076165723166637166538168003172667172112172237178171176719179254180580182290181938185508182042181810179411182460184198182572188315188774188702189347201023194139191521193567197623
54
A,
(nm)
581582583584585586587588589590591592593594595596597598599600601602603604605606607608609610611612613614615616617618
Jsu
(rel.j.)
0.036800.036720.035900.034580.033980.033760.032480.031780.031050.028950.028600.027930.0261 10.026410.024790.024130.022890.021840.021560.020670.019620.019520.018620.018010.017290.016940.016610.015600.015200.014510.014220.014070.013620.012720.012660.012340.012190.01188
'SLA
(108 W )m3sr
20512.3320697.1420882.6221068.7721255.6421443.1921631.4021820.2922009.7722200.0022390.8422582.3822774.5422967.3723160.8323354.9323549.6723745.0023941 .0224137.5824334.8224532.6324731 .0724930.1225129.7625329.9925530.8025732.2625934.2026136.8226339.8926543.5926747.8826952.7327158.1627364.0527570.5527777.53
JHSA
(rel.j.)
0.04360.04290.04170.04010.03910.03670.03670.03560.03470.03220.03120.03070.02950.02740.02630.02540.02460.02380.02270.02130.02090.02020.01970.01900.01790.01780.01770.01680.01590.01590.01470.01430.01350.01320.01380.01290.01310.0129
'rX
8.098.098.098.098.088.088.078.078.078.068.068.058.058.048.048.038.038.028.018.018.007.997.997.987.977.977.967.957.947.937.937.927.917.907.897.887.877.86
JHSX
(rel.j.)
0.35300.34690.33710.32420.31570.29690.29600.28760.27960.25970.25140.24690.23750.22060.21170.20360.19720.19130.18170.17020.16700.16170.15750.15130.14250.14190.14110.13320.12610.12600.11680.11280.10700.10460.10870.10200.10290.1012
'HSX
00-4.irrsr
19675119553119609419752319747518855019710619748319813719912519677619964820711019188919780219713120282020791720177419878320717120315220919220931 1207130212131216793219685215280226929216377212795210120221631233278226070232849236458
55
A,
(nm)
619620621622623624625626627628629630631632633634635636637638639640641642643644645646647648649650651652653654655
JSIA
(rel.j.)
0.011520.011490.011400.011300.010570.009950.009930.009580.009590.009060.009160.008380.008390.008510.007980.008040.007620.007730.007630.007400.006960.007040.006830.006390.006490.006390.006170.006120.006080.005950.005590.005810.005880.005470.005530.005210.00498
'su
(108- -)m3sr
27985.1728193.2028401 .7928610.8928820.5829030.7629241 .3829452.5529664.2429876.4130089.0030302.1130515.7330729.7530944.3131159.3031374.7531590.6631807.0232023.8032241 .0532458.7032676.7432895.2733114.1333333.4733553.2533773.3033993.8234214.7234436.0334657.7034879.7135102.1235324.8935547.9835771 .45
JHSX
(rel.j.)
0.01280.01190.01130.01140.01060.07330.07240.07020.06920.06770.06570.06480.06330.06190.05990.05830.05620.05450.05270.05130.04900.04770.04600.04540.04250.04300.04240.04090.03890.03800.03600.03580.03360.03220.03150.03160.0297
'rX
7.857.847.837.827.817.817.801.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.00
JHSX
(rel.j.)
0.10070.09310.08850.08910.08300.07330.07240.07020.06920.06770.06570.06480.06330.06190.05990.05830.05620.05450.05270.05130.04900.04770.04600.04540.04250.04300.04240.04090.03890.03800.03600.03580.03360.03220.03150.03160.0297
'HSX
no6 w1 3rrrsr
244649228458220425225510226186213867213370216008214029223282215612234155230370223647232460225693231521222569219658222037226734220174220133233641216691224215230819225731217425218282221884213271198918206452200992215456213393
56
X
(nm)
656657658659660661662663664665666667668669670671672673674675676677678679680681682683684685686687688689690691692693
JSIA
(rel.j.)
0.004860.004620.004980.004660.004770.004460.004490.004670.004360.003760.004270.004150.004150.003720.0041 10.003880.004200.003820.003600.003540.003730.003480.003430.003460.003220.003300.003220.003660.003170.003590.003310.003500.003980.003570.004000.003790.003990.00413
'SLA
(10B- ~)m sr
35995.2036219.3536443.8536668.6936893.7537119.1837344.9037570.9637797.2738023.8638250.7938477.9838705.5138933.1639161.1639389.4039617.9339846.6240075.6140304.8340534.2740763.8940993.8241223.8841454.0441684.6341915.2142146.0242377.0542608.1842839.6143071 .0743302.7043534.4143766.3543998.4444230.5644462.87
JHSX
(rel.j.)
0.02940.02830.02760.02600.02530.02420.02340.02280.02200.02170.02060.02000.01910.01880.01770.01760.01610.01600.01590.01550.01450.01370.01330.01300.01230.01230.01280.01310.01320.01300.01390.01530.01650.01740.01830.01950.02040.0212
'rX
1.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.00
JHSX
(rel.j.)
0.02940.02830.02760.02600.02530.02420.02340.02280.02200.02170.02060.02000.01910.01880.01770.01760.01610.01600.01590.01550.01450.01370.01330.01300.01230.01230.01280.01310.01320.01300.01390.01530.01650.01740.01830.01950.02040.0212
'HSX
no6 w( 3rrrsr
217691221812201886204820196044201333194574183466191198219193184847185342177609197007169126178475151699166864177497176718157890160411158454154444158832155218166047150926177021154299179913188439179182212804199939225930225960227773
57
/v/ USLA
(nm) (rel.j.) <io8
SLA
m3sr
4(rel.j.) (rel.j.) do8
USA
W
m3sr
694695696697698699700
0.004440.004690.004380.004780.004270.004730.00430
44695.2744927.8345160.3345393.0545625.8245858.7346091.63
0.02200.02240.02250.02190.02120.02120.0202
1.001.001.001.001.001.001.00
0.02200.02240.02250.02190.02120.02120.0202
221584214848232181208093226227205909216504
58
Da bi se dobio stvarni relativni spektraini intenzitet halogene sijalice
JHSX, izvrsena je korekcija na transparency neutralnog filtra:
i - TF J1JHSX ~ 'rXuH (4.1.1)
Transparencija neutraJnog filtra J^ uzeta je iz tabele 3.1.2.1. Na slici 4.1.1
dat je graficki prikaz relativnih spektraJnih intenziteta standardne lampe i
halogene sijalice.
CD
O•«— •OJ
13
O•«—•£
03
cO)
CO
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
b)
b)
3000
- leva osa a) JSLA. • desna osa
4000 5000 6000
Talasna duzina (nm)
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
0.00
7000
Slika 4.1.1- Relativni spektraini intenziteti standardne
lampe JSUv i halogene sijalice
Relativni spektraini intenziteti standardne lampe i halogene sijalice imaju
slican oblik zato sto su izvori svetlosti usijana volframska traka odnosno
usijano volframsko vlakno.
59
Relatfvni spektraini intenzitet zracenja Jx na datoj talasnoj duzini se
meri tako sto se posmatra mali interval talasnih duzina 8k = K2 - oko
posmatrane talasne duzine A. Merena vrednost relativnog spektralnog
/x/SLX
Slika 4.1.2- llustracija uz defhiiciju merenog relativnog
spektralnog intenziteta zracenja
intenziteta zracenja Jx u intervalu talasnih duzina Izmedu x, i A,2,
proporcionalna je povrsini ispod krive spektralhog intenziteta lx (sllka
4.1.2), izrazenog u apsolutnfm jedlnicama i opisanog funkcijom f(X):
(4.1.2)
60
Kako je 5X vrlo uzan interval, moze se smatrati da je za standardnu lampufft) = lsu' a z3 halogenu sijalicu f(A.) = lHSX. Na osnovu toga izraz (4.1.2)
postaje znatno jednostavniji tako da se za standardnu lampu moienapisati:
Js^k'su5^ (4.1-3)
a za halogenu sijalicu:
(4.1.4)
Deljenjem izraza (4.1.3) i (4.1.4) dobija se;
'MSX -JHSX (4.1.5)
Na osnovu prethodnog izraza moz"e se izracunati spektralni Intenzitethalogene sijalice l u apsolutnim jedinicama. Relativni spektralni
intenziteti Jo^ i JHqv su merene veMcine, a umesto loo, korfs6ene su
fitovane wednosti lgu. Vrednosti svih ovih velicina date su u tabell 4.1.1.
SU'Kako se spektralni Intenzitet 1 izracunava deljen/em J^ i J
eliminisan je uticaj spektralne osetljivosti optickog sistema.Izradunate vrednosti 1 date su u tabeli 4.1.1, a graflcki prikazane na
slici 4.1.3.Vrednosti spektralnog intenziteta halogene sijalice vede su od
spektralnog intenziteta standardne lampe zbog vis>e temperaturevorframskog vlakna halogene sijalice. Rezultati ovog merenja prikazani suu radu [26].
Procenjena greska merenja je razlicita za razlicite intervale talasnihduzina. U intervalu od 300 do 350nm greska merenja spektralnogintenziteta halogene sijalijce krede se od ±6 do ±8%, u sirokom intervaluod 350 do 650 nm greSka merenja se krece od ±3.2 do ±5%, a u intervaluod 650 do 700nm greSka je od ±5 do ±7%. Nesto vece gregke nakrajevima posmatranog intervala talasnih duzina, gde su signali vrlo mall,
61
lako se mogu smanjiti promenom osetfjivosti osciloskopa. U ovom slucaju
je korisdena jedna osetijivost za ceo opseg talasnih duzina.
0
O co75 E
CD>o
COl_N
'1010 =
0> " 109N b~f^ ^J
2 1,— 'co
108
300 400 500 600
Talasna duzina (nm)
700
Slika 4.1.3- Spektraini intenzitet zradenja
halogene sijalice IHSX
62
4.2 INTENZUET ZRA(iENJA SPEKTRALNE UNIJE Cd I 467.8 nm
Kao izvor zracenja koji sadrzi spektralne linije koriscena j'e
kadmijumova lampa. Ova lampa rad! pod niskim prittekom tako da su
spektrafne linije praktidno samo prirodno progirene, odnosno efiminisani
su ostali uzroci Sirenja spektralnih linija. To znadi da 6e ovakva spektralnalinija, proskanirana pomodu monohromatora, imati oblik instrumentalnog
profila. Na slici 4.2.1 prikazan je instrumental™ profil linije Cd I 467.8nm.
c-*-<c
467.75 467.82 467.88
Talasna diizina (nm)
Slika 4.2.1- Instrumentalni profil linije Cd I 467.8nm.
Sirina ulazne i izlazne pukotine bila je 20^m, a profil je snimljen pomo6u
pisaca. Izmerena instrumentalna polu irina posmatrane linije bila je
0.016nm.2a odredivanje spektralnog irrtenziteta Unije ne moze se direktno
primeniti procedura opisana u 4.1, zbog toga sto spektraini Intenziteti
standardne lampe i spektralne linije imaju potpuno razlicite oblike. Ovo je
ilustrovano na slici 4.2.2. Uvedena aproksimacija u 4.1 (4.1.2), kada je
uzeto da je za uzan interval talasnih duzina f(^) = lsu, ne moze se
63
primeniti na spektralnu liniju. Funkcija f(X) je u posmatranom intervaJu
talasnih duzina za standardnu lampu prakticno linearna funkcija, dok zaspektralnu liniju to nije slucaj. Osim toga, oblik prirodno prosirenespektralne linije opisan je Lorentzovom funkcijom [27], dok je
instrumental™ profil opisan tzv. aparatnom funkcijom [15]. Razdvajanje
A,
Slika 4.2.2- llustracija uporedivanja spektralnog intenzitetastandardne lampe i instrumentalnog profila spektralne linije
ovih profila bilo bi veoma kompiikovano. Jednostavnije reSenje je znatnosuziti interval talasnih duzina SA, (bar za red velifiine) u kojem seuporeduju spektralni Intenziteti standardne tempe i spektraJne linije,Medutim, u torn slucaju se zbog vrlo malog signala umesto
fotomultiplikatora mora koristiti fotonkaunter.Iz pomenutih razloga u ovom slucaju je odreden ukupan intenzitet
spektralne linije. Da bi se kroz monohromator propustila oblast talasnihduzina koja obuhvata cetokupan profil spektralne linije, potrebno jeprethodno odrediti sirine pukotina monohromatora, Prvo se difrakcionaresetka postavi u polozaj da na izlaznu pukotinu monohromatora padazrafcenje iz centra posmatrane spektralne linije, pri cemu se krece od
male Sirine ulazne pukotine, npr. 100j m. Povecanjem sirine pukotineraste i signal na izlazu fotomultiplikatora. U jednom trenutku signal sa
fotomultiplikatora presta6e da raste, bez obzira na daJje pove6anje sirine
64
pukotine. Sirina uiazne pukotine monohromatora za koju je signal prestaoda raste jeste minimalna sirina koja obuhvata ceo profil spektralne linije.Odgovarajuda Sirina pukotine u ovom slucaju je bila 0.4mm. Sirina izlaznepukotine treba da bude jednaka ill nesto veca od Sirine uiazne pukotinemonohromatora.
Zbog ve£e sirine pukotine kroz monohromator se posmatra i siri deospektra standardne lampe. Medutim i ovako prosiren spektralni interval(AA= 1 nm) dovoljno je mali tako da i u ovom slucaju za standardnu lampuu potpunosti vaii aproksimacija uvedena u 4.1 (4.1.2). To zna6i da seprema (4.1 .3) moze napisati:
dok se za spektralnu liniju prema (4.1 .2) mole napisati:
(4-2.2)
gde je sa SCd oznacen intenzitet spektralne linije.
Iz prethodna dva izraza dobija se:
SCd = Is* T53-AX (4.2.3)Jsu
Kako se ovde radi o pojedinacnom merenju, relativni intenziteti sumereni pomocu univerzalnog instrumenta. Relativni intenzitet spektralnelinije je Jcd = 9.20rel.j., a relativni spektralni intenzitet standardne lampe je
JSLX = 0.32rel.j. Spektralni intenzitet zracenja standardne lampe l je
izracunat pomo6u formule (2.2.1.3) kao l = 4976.17-106W/m3sr.
65
Prema tome, za intenzitet spektralne linije Cd I 467.8 nm se na osnovu
(4.2.3) dobij'a:
SCd = 143.07W/m2sr
Greska merenja je ±6.4% i moze se znatno umanjiti usrednjavanjem
izmerenih vrednosti signala.
66
ZAKUU&VK
U ovom radu je opisana eksperimantalna postavka sistema za merenje
spektralnog intenziteta izvora svetlosti u apsolutnim jedinicama. Takode
su prikazani i primeri izvrsenog merenja za jedan izvor koji daje
kontinualni spektar (halogena sijalica) i jedan izvor koji daje linijski
spektar (kadmijumova lampa).
U uvodu su navadeni znacaj i mogucnost siroke primene ovakvih
merenja, od nauke pa sve do primene u industriji iii pri korisdenju
razlicitih izvora svetlosti. Definisane su razlicite fotometrijske velicine i
jedinice, dati su osnovni pojmovi i zakoni toplotnog zracenja i kratak opis
karakteristika emisionih spektara. Takode su dati pregled i klasifikacija
razlicitih izvora svetlosti. Posebna painja je posvecena opisu
karakteristika, kalibracije i uslova rada standardne lampe koja se ovde
koristi kao standard za merenja spektralnih intenziteta zracenja u
apsolutnim jedinicama.
Strogi zahtevi u vezi sa postavkom mernog sistema razmatrani su
pojedinacno za svaki elemenat sistema. Ovi zahtevi, kao i posedovanje
standardnog izvora svetlosti i odgovarajuce opreme cine da su merenja
apsolutnog intenziteta svetlosti i kalibrisanje raznih izvora svetlosti, bez
obzira na znacaj, retka pojava i u laboratorijskim uslovima.
Neposredno pre rezultata merenja dat je detaljan opis procedure
odredivanja spektralnog intenziteta ili intenziteta zracenja odgovaraju<5eg
izvora svetlosti.
Merenje spektralnog intenziteta halogene sijalice izvrseno je u opsegu
talasnih duzina od 300 do 700nm. Vede vrednosti spektralnog intenziteta
zracenja halogene sijalice u odnosu na vrednosti spektralnog intenziteta
zracenja standardne lampe ukazuju na visu temperaturu vlakna halogenesijalice. Greska merenja spektralnog intenziteta je u sirokom intervalu
talasnih duzma ispod ±5%.Kod kadmijumove lampe koja je koriscena kao izvor linijskog zracenja
izmeren je intenzitet zracenja linije Cd I 467.8nm. Greska merenja j© ±6%.
Merni sistem koji u potpunosti odgovara strogim uslovima kalibracije
svetlosnih izvora i male greske izvrsenih merenja ukazuju da se
postavljeni sistem moze vrlo uspesno koristiti za kalibraciona merenja.
67
Ovakvim sistemom se osim merenja apsolutnog intenziteta svetlosti
moze takode kalibrisati spektralna osetljivost optickih mernih sistema(ogledala ili sociva - monohromator-fotomultiplikator) ili snimati spektralnisastav zracenja razlicitih izvora svetlosti.
68
Literatura
1. M. Corovic, Zbornik za prirodne nauke MS, 13, Novi Sad, 61 (1957).
2. V. Jankovi6, Zbornik za prirodne nauke MS, 13, Novi Sad, 72 (1957).
3. M. Sarid, Zbornik za prirodne nauke MS, 39, Novi Sad, 117 (1970).
4. B. Krsti6, Zbornik za prirodne nauke MS, 66, Novi Sad, 73 (1984).
5. L. A. Tumerman, Svjetlost i nj'eni izvori, Radnik, Sarajevo (1950).
6. M. Mikov, Medicina rada, Naucna knjiga, Beograd (1985).
7. Z. Bojkovic, Elektrotehnika II, Saobra6ajni fakultet, Beograd (1993).
8. A. B. Milojevid, Talasna optika, Zavod za izdavanje udzbenikaSocijalisticke Republike Srbije, Beograd (1971).
9. V. Vuci6, D. Ivanovid, Rzika II, Elektromagnetika i optika, Naucnaknjiga, Beograd (1987).
10. F. W. Sears, Optika, Naucna knjiga, Beograd (1968).
11. S. E. Fris, A. V. Timorjeva, Kurs opste fizike, knjiga III, Zavod zaizdavanje udzbenika Socijalistic'ke Republike Srbije, Beograd (1970).
12. B. Ribar, S. Durovid, Praktikum eksperimentalnih vezbi iz optike,Prirodno-matematicki fakultet, Novi Sad (1978).
13. W. Lochte-Holtgreven, Plasma Diagnostics, North-Holland PublishingCompany, Amsterdam (1968).
69
14. C. W. Allen, Astrophysical Quantities, University of London, The
Athlone Press (1964).
15. V. I. Malisev, Wedenie v ekspirimentalnuju spektroskopiju, Nauka,Moskva (1979).
16. A. M. Prohorov (glavni redaktor), Fiziceskaja enciklopedija 2,Sovjetskaja enciklopedija, Moskva (1990).
17. J. C. DeVos, PhysicaXX, 690 (1954).
18. G. A. W. Rutgers, J. C. DeVos, Physica XX, 715 (1954).
19. J.H. Wolker, R. D. Saunders, A. T. Hattenburg, Spectral RadianceCalibrations, NBS, Spec. Publ. 250-1 (1987).
20. W. L. Wiese, Report of Calibration Tungsten Ribbon RIament Lamp,National Bureau of Standards, U. S. Department of Commerce,Washington D.C. (1969).
21. H. J. Kostowski, J. H. Walker, Report of Calibration Tungsten RibbonFilament Lamp, National Bureau of Standards, U.S. Department ofCommerce, Washington D.C. (1977).
22. S. Djurovic, J. R. Roberts, M. A. Sobolewski, J. K. Olthoff, J. Res. Natl.Inst. Stand. Technol. 98,159 (1993)
23. Hamamatsu, Photomultiplier Tubes, Tokio
24. A. H. W. Beck, H. Ahmed, An Itroduction to Physical Electronics,Edward Arnold Ltd, London (1968).
25. EMI, Photomultiplier Tubes, EMI Electronics Ltd (1970).
26. S. Djurovid, B. Vujici6, M. Pavlov, N. 2iki<5, 9. kongres fizicaraJugoslavije, Petrovac (1995) (u §tampi)
70
27. M. Mitchner, C. H. Kruger Jr, Partially Ionized Gases, John Wiley &
Sons, New York, London, Sydney, Toronto (1973)
71
PRILOG
Kompjuterski program za kontrolu digitalnog osciloskopa i ocitavanje
izmerenih vrednosti relativnih intenziteta zracenja sa osciloskopa.
Program je napisan u programskom jeziku HP Basic.
10 CLEAR SCREEN20 ALPHA PEN 330 PRINT "PROGRAM ZA SNIMANJE SA STANDARDNOM LAMPOM"40 ALPHA PEN 450 PRINT ""60 PRINT ""70 OUTPUT 707;":TIMEBASE:SAMP REP"80 PRINT "UNESI BROJ TACAKA"90 INPUT N100 PRINT N110 PRINT ""210 ALLOCATE A(l:N),L(1:N)220 PRINT "UNESI POCETNU TALASNU DUZINU U ANGSTREMIMA"230 INPUT LO240 PRINT LO250 PRINT ""260 PRINT "UNESI INTERVAL U ANGSTREMIMA"270 INPUT K280 PRINT K290 PRINT ""460 PRINT "UNESI IME DATOTEKE U KOJOJ CE BITI SMESTENI SNIMLJENI PODACI"470 INPUT U$480 PRINT U$530 GINIT540 L(1)=LO550 FOR Q=2 TO N560 L(Q)=L(Q-1)+K570 NEXT Q580 OUTPUT 707;":TIM:RANG 20 MS;SAMP REP"590 OUTPUT 707;":CHAN1:COUP DC"600 OUTPUT 707;"RUN"610 OUTPUT 707;":DIGITIZE CHAN1"620 OUTPUT 707;":RUN"630 OUTPUT 707;":ACQ:TYPE AVER;COUN 32;POIN 256"640 OUTPUT 707;":DIGITIZE CHAN1"650 OUTPUT 707;":SYSTEM:HEAD OFF;:EOI ON"660 OUTPUT 707;":WAV:SOUR CHAN1;FORM WORD"670 OUTPUT 707;":WAV:YINC?"680 ENTER 707;Yi690 OUTPUT 707;":WAV:YREF?"700 ENTER 707;Yr710 OUTPUT 707;":WAV:YOR?"720 ENTER 707;Yo730 OUTPUT 707;":RUN"740 CLEAR SCREEN750 R=639/479760 DEC770 LDIR 90780 CSIZE 3790 MOVE 30,55800 LABEL "INTENZITET (r.j-)"810 LORG 4820 LDIR 0830 CSIZE 3.2840 MOVE 85,30350 LABEL "TALASNA DUZINA (A) "360 LORG 4370 MOVE 0,0380 ALPHA PEN 4390 VIEWPORT 40,R*100,40,100300 FRAME310 ALPHA PEN 2320 PRINT TABXY(1,1);"MERENJE"330 PRINT TABXY(1,2);"APSOLUTNOG"
931 PRINT TABXY(1,3);"INTENZITETA"940 ALPHA.PEN 4950 PRINT TABXY( 1,7) ; "FILE:11960 PRINT TABXY(1,9);U$980 PRINT TABXY(1,15);"BROJ EXP."990 PRINT TABXY(1,16);"TAGAKA (";N;")"1000 PRINT TABXY(1,26);"TRENUTNA T. D.:"1050 ALPHA PEN 11051 L1=INT(L(1)*100+.05)/1001052 L21=(L(1)+L(N))/21053 L2=INT(L21*100+.05)/1001054 L3=INT(L(N)*100+.05)/1001060 PRINT TABXY(25,22) ,-LI1070 PRINT TABXY(49,22);L21080 PRINT TABXY(73,22);L31090 PRINT TABXY(21,2);"1.0"1100 PRINT TABXY(21,11);"0.5"1110 PRINT TABXY(21,20);"0.0"1120 X0=51130 Xn=91*R+51140 DX=9.1*R1150 Y0=41160 Yn=951170 Dy=9.11180 FOR 1=0 TO 101190 MOVE 0,01200 PLOT XO+I*DX,01210 PLOT XO+I*Dx,21220 IF 1=0 OR 1=5 OR 1=10 THEN1230 PLOT XO+I*Dx,31240 END IF1250 MOVE 0,01260 PLOT 0,YO+I*Dy1270 PLOT 2,YO+I*Dy1280 IF 1=0 OR 1=5 OR 1=10 THEN1290 PLOT 3,YO+I*Dy1300 END IF1310 NEXT I1320 LINE TYPE 31330 MOVE 0,41340 DRAW 91*R+5,41350 LINE TYPE 11360 WAIT 01380 FOR 1=1 TO N1400 ALPHA PEN 61410 PRINT TABXY(1,27);L(I)1420 PRINT TABXY(9,18);I1430 ALPHA PEN 41530 Z=01531 GOTO 28201540 OUTPUT 707;":ERASE PMEMORYO"1580 WAIT 81590 OUTPUT 707;":WAV:SOUR CHAN1;FORM WORD"1600 OUTPUT 707;":WAV:DATA?"1610 ENTER 707 USING "£,2A,8D";Headers$,Bytes1620 Length=Bytes/21630 ALLOCATE Waveform(1:Length)1640 ENTER 707 USING "£,W";Waveform(*)1650 Gg=01660 FOR Q=l TO 2561670 Gg=Gg+Waveform(Q)1680 NEXT Q1690 DEALLOCATE Waveform(*)1700 Z=Z+Gg
1830 A(I)=ABS((Z/256-Yr)*Yi)2020 IF 1=1 THEN Imax=A(l)2030 Iml=02040 FOR P=l TO I2050 IF Iml>A(P) THEN GOTO 20702060 Iml=A(P)2070 NEXT P2080 Im=Iml2200 IF Imax>=lm THEN GOTO 27102210 Imax=Im2220 AREA PEN 02230 MOVE 5,52240 RECTANGLE 93*R,69*R,FILL2250 MOVE 0,02260 FOR U=l TO I2270 X=(L(U)-L(1))*91*R/(L(N)-L(1) )+52280 Y=A(U)*69*R/Imax+42290 MOVE 0,02300 PLOT X,Y2310 FOR P=.3 TO .9 STEP .32320 FOR Q=.3 TO .9 STEP .32330 PLOT (X+Q-.5),(Y+P-.5)2340 NEXT Q2350 NEXT P2360 NEXT U2370 GOTO 27922710 MOVE 0,02720 X=(L(I)-L(1))*91*R/(L(N)-L(1))+52730 Y=A(I)*69*R/Imax+42740 MOVE 0,02750 PLOT X,Y2760 FOR P=.3 TO .9 STEP .32770 FOR Q=.3 TO .9 STEP .32780 PLOT (X+Q-.5),(Y+P-.5)2781 NEXT Q2782 NEXT P2792 NEXT I2800 GOTO 31702820 LINE TYPE 12841 PRINT TABXY(38,25);"*********"2850 PRINT TABXY(38,26) ;"* DALJE *"2851 PRINT TABXY(38,27);"*********"2861 PRINT TABXY(63,25);"********"2880 PRINT TABXY(63,26);"* STOP *"2881 PRINT TABXY(63,27);"********"2882 BEEP 300,.22890 MOVE 0,02900 TRACK CRT IS ON2910 DIGITIZE X,Y2920 IF X>31.5 AND X<52.5 AND Y>-29.5 AND Y<-18.5 THEN2930 PRINT TABXY(37,25);" "2940 PRINT T A B X Y ( 3 7 , 2 6 ) ; " "2950 PRINT TABXY(37 ,27 ) ; " ">980 GOTO 1540>990 END IF$000 IF X>91.5 AND X<109.5 AND Y>-29.5 AND Y<-18.5 THEN5010 PRINT TABXY(62,25);" "(020 PRINT TABXY(62,26);" "!030 PRINT TABXY(62,27);" ":060 GOTO 34201070 ELSE'080 GOTO 2910090 END IF170 MASS STORAGE IS ":DOS,A"
3180 U$=U$&".DAT"3190 CREATE U$,10003200 ASSIGN @Path_l TO U$;FORMAT ON3210 FOR 1=1 TO N3220 OUTPUT @Path_l USING "K,ODD.DDDDDD";L(I) ; A (I)3230 NEXT I3240 ASSIGN @Path_l TO *3420 PRINT TABXY(35,25) ;"3421 PRINT TABXY(35,26) ;"3422 PRINT TABXY(35,27) ; "3423 PRINT TABXY(30,27);"K R A J3430 END
itiiit
S N I M A NJ A"
~"» ' J *« » • /.'I*''
- -V:T t - ", *
top related