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关于HL_1M马赫探针及其诊断数据处理

第19卷第3期核聚变与等离子体物理V ol.19,No.2 1999年6月N uclear F usion and Plasma Physics June1999

关于HL-1M马赫探针及其诊断数据处理

秦运文

(核工业西南物理研究院,成都610041)

在简要回顾马赫探针主要物理模型的基础上,讨论了HL-1M装置的马赫探针诊断。分析表明,马赫探针阵列设计中的问题和对非平行流数据处理物理模型上的问题,导致处理所得物理实验数据失去意义。为了获得可靠结果,建议改进探针阵列设计,并采用正确数据处理方法。

关键词　托卡马克　电探针　马赫探针

1　引言

在HL-1M装置上进行了边缘等离子体流马赫数的测量[1—4],马赫探针阵列如图1所示(尺寸见文献[1,2],电探针直径由文献[1—4]的著者提供)。这些工作在涉及非平行流速度诊断和数据处理方面存在下列问题:电探针表面到隔板的距离(≥3.5mm)远大于HL-1M边缘离子的回旋半径,却不加分析地完全忽略探针阴影面收集的饱和离子流;在忽略探针阴影面效应的前提下,用此探针阵列不能判断磁场相对于隔板直到39.9o的偏离,却进行了极向流速度的诊断;分析流动的极向分量对饱和离子流的贡献时,完全忽略了等离子体鞘的存在。

图1　HL-1M马赫探针阵列示意图图2　简单一维流动马赫探针

这些问题使工作[1—4]的有关实验结果失去了意义,然而它们已被广泛引用[5—8]。鉴于工作[1—4]全面地引用了马赫探针物理基础的文献,我们将在回顾这些文献的基础上,讨论HL-1M马赫探针诊断问题。

2　马赫探针的物理模型

马赫探针由相互隔离的多只电探针组成,每只探针仅收集部分离子流。从各探针收集的饱和离子流,可以分析得到等离子体流动速度v或马赫数M=v/C s,这里,C s= (ZT e+T i)/m i是等离子体离子声速。诊断一维流动的马赫探针如图2所示。

托卡马克装置中的带电粒子沿磁力线的运动速度比横越磁力线的漂移运动速度大得多,因此,最简单的马赫探针物理模型是描述等离子体流动速度平行于磁场的一维模型。这时,图2中的隔离板垂直于磁场。如果流动的马赫数M<1(现有模型都不能描述M≥1的等离子体流动),离子便会在探针截面限定的磁流管内向探针加速,建立起流管界面附近的横向离子密度梯度,引起离子向流管里的扩散。等离子体沿磁场被探针扰动的范围尺度(即预鞘范围尺度)为:

L p≈r2p C s/D⊥(1)式中r p是探针半径,D⊥是离子横向扩散系数。Stang eby[9]在一维流体模型中把上述扩散近似为(沿流管是常数值的)离子源,从而得到沿磁力线在L p之外、未被扰动等离子体的流动马赫数(设Z=1):

M=2(I su/I sd-1)/(I su/I sd+1)(2) I su和I sd分别是面向上游和下游的探针收集的饱和离子流,且假定探针阴影面不收集离子流(故要求阴影面到隔板的距离远小于离子回旋半径)和两探针有效收集面积相等。

Harbour和Pro udfoo t[10]把式(2)与粒子模型的结果[11]综合成近似表达式(并参见文献[12]):

M=0.6ln(I su/I sd)(3) Hutchinso n[13]在一维模型中考虑了磁流管里外离子通过界面的交换,得到决定[作为流管内的马赫数M(x)的函数的]规范离子密度n(x)=n i(x)/n e满足的方程:

d n(x)/d M(x)=n(x){[1-n(x)]M(x)-[M-M(x)]}

[M-M(x)]M(x)-[1-n(x)](4)

其边界条件是:

n(x) x=±∞=1, M(x) x=±∞= M (5) n e是未受扰动的等离子体电子密度,向着探针流动的马赫数被定义为正值,反之为负值。限于 M <1,工作[13]给出了方程(4)、(5)的近似解析解和数值解,从而得到:

I su=n e eC s A E n(0) M>0, I sd=n e eC s A E n(0) M<0(6)式中,n(0)是等离子体鞘边界的规范离子密度,A E是探针有效收集面积。

以上是用于诊断沿磁场流动的马赫数的三种一维物理模型。文献[13]对第一、第三种模型作了比较。

130 核聚变与等离子体物理第19卷

Cyrus S M aclatchy 等人[14]为了诊断不平行于磁场流动的流体速度,设计了12只探针阵列。每

只探针的主收集面是平面,阴影面到隔离板的距离为0.795m m 。在诊断数据的分析方法上,假设流动速度与磁场之间的夹角很小( /2),用Hutchinso n 模型[13]确定上、下游探针等离子体鞘边界密度 n e 、 n e 和纵向流动分量的马赫数M ‖=v ‖/C s (在文献[13]中, 和是M ‖的函数),并把第i 只探针收集的饱和离子流表示成:

I (i )s =!(i )A E [J ‖ (n (i ) b ‖) -J ⊥(n (i ) b ⊥)]+K (1-!(i ))A E J ‖ (n (i ) b ⊥)

(7)!(i)= (n (i ) b ‖)<0

(n (i ) b ‖)>0

(8)式中,b ‖是磁场方向单位矢量,b ⊥是极向(垂直于磁场且“离去”主收集面的)单位矢量,n (i )是主收集面法向矢量,并且

J ‖≡n e eC s J ⊥≡n e ev ⊥(9)

与K ≈A 1/2E /L p 相联系的项是扩散对饱和离子电流的贡献。由于模型不够精确,不用有限个方

程(7)求解J ‖和J ⊥,而以它们作为(给定K 值范围下的)拟合参量,对计算值I (i )s 和测量值I (i )sm

之差的平方和∑i

(I (i )s -I (i )sm )2进行极小化,求J ‖和J ⊥,然后得到垂直速度v ⊥。以Hutchinson

模型[13]确定和时,对几乎平行于(或精确平行于)磁场的主收集面,误差很大(或没有定义)。因此,在极小化计算中,不使用其主收集面几乎或精确平行于磁场的两只探针的数据。3　HL -1M 马赫探针及其诊断数据处理方法存在的问题

HL-1M 装置上马赫探针如图1所示(参见文献[1,2,4])。处理数据时,用公式(3)计算纵向流动马赫数M ‖(这时,I su =I (1)s 或I (3)s ,I sd =I (2)s 或I (4)s ,1—4是图1中的探针编号)和以式

(9)中的J ⊥=n e ev ⊥计算极向流动速度v ⊥[这时,J ⊥=(I (1)s -I (3)s )/A E 或(I (2)s -I (4)s )/A E ]。我们将在文献[9—14]的基础上,分析该探针阵列设计和数据处理方面的问题。

马赫探针的一维物理模型[9—13]没有考虑探针阴影面效应,要求阴影面到隔离板的距离远小于离子回旋半径。文献[14]中的这个距离仅0.795mm,理论估计阴影面收集了总饱和离子流的28%。HL -1M 马赫探针阴影面到隔板的距离(≥3.5mm )远大于离子回旋半径,用公式

(3)计算马赫数误差很大,是探针阵列设计中的一个问题。

HL-1M 马赫探针由两个互相垂直的简单马赫探针组成,是基于诊断非平行流动的考虑。然而,从图1所示电探针与隔板的相对位置关系上看,很难达到原设计目标。这是因为在忽略探针阴影面效应的条件下,反时针地旋转阵列直到虚线A 与磁场方向重合,四只探针收集的

饱和离子流不会变化;?=(1/2)arcsin(1-d 2p /L 2)≈39.9o (见图1,式中d p =2r p =1m m,L

=8m m 是隔板长度与电探针间距之差)。顺时针地旋转这个角度,四只探针收集的饱和离子流依然不变。用此探针阵列既然不能判断磁场相对于隔板直到±39.9o

的偏离,也就不能诊断偏角从-39.9o 到+39.9o 的非平行流。这是探针阵列设计中的大问题。

文献[1—4]不加限制地用沿磁场一维流动的马赫数公式(3)计算非平行(二维)流的纵向分量马赫数:M ‖=0.6ln(I (1)s /I (2)s )或0.6ln(I (3)s /I (4)s )(10)131第3期秦运文:关于HL -1M 马赫探针及其诊断数据处理

132 核聚变与等离子体物理第19卷

这没有物理基础。例如,由于I(i)s是饱和离子流纵向分量与极向分量之和(参见图1),M‖= M‖(v⊥),从而式(10)为二维流的两个独立分量加上了一个不可思议的关联。

工作[1—3]引用文献[14](工作[4]引用的文献[15]与下式毫无关系),却以关系式

J⊥=n e ev⊥=(I(1)s-I(3)s)/A E或(I(2)s-I(4)s)/A E(11)计算极向流动速度v⊥,是文献[1—4]的主要错误。在文献[14]中,J⊥≡n e ev⊥是J⊥的符号定义[见式(9)],不等于极向流动贡献的饱和离子电流密度(即使等于,等式右边也少了一个0.5因子);该贡献包含在式(7)之中。认定n e ev⊥是饱和离子电流密度极向分量,违背电探针的基本理论和实践。

最后,讨论物理模型(10)、(11)会导致什么样的结果。

用一只探针诊断等离子体参数时,诊断可能达到的空间分辨尺度不小于电探针的直径。用两只电探针才能诊断参数时,空间分辨尺度不小于探针之间的距离。用H L-1M马赫探针(图1)诊断非平行流速时,空间分辨尺度不小于1#、4#或2#、3#探针间的距离(即阵列空间范围尺度),这是因为不可能有在阵列范围内v≠常数的数据处理物理模型。因此,对于文献[1—4]采用的模型(10)、(11)来说,有:

I(1)s/I(2)s=I(3)s/I(4)s(12)

I(1)s-I(3)s=I(2)s-I(4)s(13)从而I(1)s/I(2)s=I(2)s/I(4)s=1,即v⊥=0。这是合符逻辑的结果,因为式(3)是从沿磁场一维流动的方程式推导出来的。在实验上,不必指望物理模型要求的条件完全满足,采用式(10)、(11)时,可加上限制性近似条件:v⊥ C s M‖。不过,前面的有关讨论表明,HL-1M马赫探针不能诊断小偏角非平行流动。还需要注意一个问题,就是在v⊥ C s M‖条件下使用式(11)将面临大数相减问题。这是人们不用解有限个方程(7)求马赫数的主要原因之一。

现在看一下,正确地使用文献[14]的模型会怎么样。这时,式(13)变成:

(I(1)s-I(3)s)/ =(I(2)s-I(4)s)/(14)忽略扩散项时,式(12)不变,从而有:

I(1)s/I(2)s=I(3)s/I(4)s= /(15)为实验数据所严格满足,因为文献正是以这个关系用文献[13]的模型计算流动平行分量马赫数M‖的。当然,对小偏角非平行流,大数相减问题和HL-1M探针阵列设计问题依然存在。

4　结论

HL-1M马赫探针设计存在若干问题,数据处理物理模型也存在问题。为了诊断二维流动马赫数,探针阵列设计需改进,并采用正确的数据处理物理模型。

参考文献

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15　Wagmer F,Bard zuhn J,Barakei R,et al.H-M ode of W7-AS S tellarator.Plasm a Phys.Contr.Fus ion,1994,36:A61.编辑部1997年9月28日收稿

1999年2月2日收到修改稿

ON THE HL -1M MACH PROBE AND ITS DIAGNOSTIC DATA PROCESSING

QIN Yunwen

(S oth western Ins titute of Physics,Chengdu 610041)

ABST RACT

The HL-1M M ach probe and its diagnostic data processing have been discussed on the basisof rev iew ing M ach probe theor ies.T he analysis show s that the problematic probe array desig n and wr ong data processing fo r a plasma flow non -parallel to the m agnetic field make exper im ental results meaningless.Im prov ing the probe array design and using a co rrect data pr ocessing are necessary for obtaining r eliable results.Key words To kam ak Langm uir pro be M ach pro be 133第3期秦运文:关于HL -1M 马赫探针及其诊断数据处理

电子探针的分析原理及构造

电子探针在找矿方面的应用一、电子探针-基本概念电子探针仪是 X射线光谱学与电子光学技术相结合而产生的。1948年法国的R.卡斯坦制造了第一台电子探针仪。1958年法国首先制造出商品仪器。电子探针仪与扫描电子显微镜在结构上有许多共同处。70年代以来生产的电子探针仪上一般都带有扫描电子显微镜功能，有的还附加另一些附件，使之除作微区成分分析外，还能观察和研究微观形貌、晶体结构等。用波长色散谱仪（或能量色散谱仪）和检测计数系统，测量特征X射线的波长（或能量）和强度，即可鉴别元素的种类和浓度。在不损耗试样的情况下，电子探针通常能分析直径和深度不小于1微米范围内、原子序数4以上的所有元素；但是对原子序数小于12的元素，其灵敏度较差。常规分析的典型检测相对灵敏度为万分之一，在有些情况下可达十万分之一。检测的绝对灵敏度因元素而异，一般为10-14～10-16克。用这种方法可以方便地进行点、线、面上的元素分析，并获得元素分布的图象。对原子序数高于10、浓度高于10％的元素，定量分析的相对精度优于±2％。电子探针仪主要包括：探针形成系统 (电子枪、加速和聚焦部件等)、X射线信号检测系统和显示、记录系统、样品室、高压电源和扫描系统以及真空系统。二、电子探针-结构特点电子探针X射线显微分析仪(简称电子探针)利用约1Pm的细焦电子束，在样品表层微区内激发元素的特征X射线，根据特征X射线的波长和强度，进行微区化学成分定性或定量分析。电子探针的光学系统、真空系统等部分与扫描电镜基本相同，通常也配有二次电子和背散射电子信号检测器，同时兼有组织形貌和微区成分分析两方面的功能。电子探针的构成除了与扫描电镜结构相似的主机系统以外，还主要包括分光系统、检测系统等部分。电子探针主要由电子光学系统（镜筒），X射线谱仪和信息记录显示系统组成。电子探针和扫描电镜在电子光学系统的构造基本相同，它们常常组合成单一的仪器。电子光学系统该系统为电子探针分析提供具有足够高的入射能量，足够大的束流和在样品表面轰击殿处束斑直径近可能小的电子束，作为X射线的激发源。为此，一般也采用钨丝热发射电子枪和2-3个聚光镜的结构。为了提高X射线的信号强度，电

力学名词英文翻译

广义连续统力学generalized continuum mechanics 简单物质simple material 纯力学物质purely mechanical material 微分型物质material of differential type 积分型物质material of integral type 混合物组份constituents of a mixture 非协调理论incompatibility theory 微极理论micropolar theory 决定性原理principle of determinism 等存在原理principle of equipresence 局部作用原理principle of objectivity 客观性原理principle of objectivity 电磁连续统理论theory of electromagnetic conti-nuum 内时理论endochronic theory 非局部理论nonlocal theory 混合物理论theory of mixtures 里夫林-矣里克森张量Rivlin-Ericksen tensor 声张量acoustic tensor 半向同性张量hemitropic tensor 各向同性张量isotropic tensor 应变张量strain tensor 伸缩张量stretch tensor 连续旋错continuous dislination 连续位错continuous dislocation 动量矩平衡angular momentum balance 余本构关系complementary constitutive rela-tions 共旋导数co-rotational derivative, Jaumann derivative 非完整分量anholonomic component 爬升效应climbing effect 协调条件compatibility condition 错综度complexity 当时构形current configuration 能量平衡energy balance 变形梯度deformation gradient 有限弹性finite elasticity 熵增entropy production 标架无差异性frame indifference 弹性势elastic potential 熵不等式entropy inequality

实验六电子探针结构原理及分析方法

实验六电子探针结构原理及分析方法一、实验内容及实验目的 1．结合电子探针仪实物，介绍其结构特点和工作原理，加深对电子探针的了解。 2．选用合适的样品，通过实际操作演示，以了解电子探针分析方法及其应用。二、电子探针的结构特点及原理电子探针X射线显微分析仪(简称电子探针)利用约1μm的细聚焦电子束，在样品表层微区内激发元素的特征X射线，根据特征X射线的波长和强度，进行微区化学成分定性或定量分析。电子探针的光学系统、真空系统等部分与扫描电镜基本相同，通常也配有二次电子和背散射电子信号检测器，同时兼有组织形貌和微区成分分析两方面的功能。电子探针的构成除了与扫描电镜结构相似的主机系统以外，还主要包括分光系统、检测系统等部分。本实验这部分内容将参照教材，并结合实验室现有的电子探针，简要介绍与X射线信号检测有关部分的结构和原理。三、电子探针的分析方法电子探针有三种基本工作方式：点分析用于选定点的全谱定性分析或定量分析、以及对其中所含元素进行定量分析；线分析用于显示元素沿选定直线方向上的浓度变化；面分析用于观察元素在选定微区内的浓度分布。 1．实验条件 (1) 样品：样品表面要求平整，必须进行抛光；样品应具有良好的导电性，对于不导电的样品，表面需喷镀一层不含分析元素的薄膜。实验时要准确调整样品的高度，使样品分析表面位于分光谱仪聚焦圆的圆周上。 (2) 加速电压：电子探针电子枪的加速电压一般为3~50kV，分析过程中加速电压的选择，应考虑待分析元素及其谱线的类别。原则上加速电压一定要大于被分析元素的临界激发电压，一般选择加速电压为分析元素临界激发电压的2~3倍。若加速电压选择过高，导致电子束在样品深度方向和侧向的扩展增加，使X射线激发体积增大，空间分辨率下降。同时过高的加速电压将使背底强度增大，影响微量元素的分析精度。 (3) 电子束流：特征X射线的强度与入射电子束流成线性关系。为提高X射线信号强度，电子探针必须使用较大的入射电子束流，特别是在分析微量元素或轻元素时，更需选择大的束流，以提高分析灵敏度。在分析过程中要保持束流稳定，在定量分析同一组样品时应控制束流条件完全相同，以获取准确的分析结果。 (4) 分光晶体：实验时应根据样品中待分析元素及X射线线系等具体情况，选用合适的分光晶体。常用的分光晶体及其检测波长的范围见有关表。这些分光晶体配合使用，检测X

等离子体实验报告

等离子体特性研究 Research on Plasma 【教学基本要求】 1．了解计算机数据采集的基本过程和影响采集精确度的主要因素。 2．掌握气体放电中等离子体的特性与特点。 3．掌握描述等离子体特性的主要参量及各参量的影响因素。 4．理解等离子体诊断的主要方法，重点掌握单探针法。 5．了解等离子体研究实验软件的主要功能，熟练操作软件。【授课提纲】 1．等离子体物理学科发展史和主要研究领域（1）等离子体物理学科发展简史 ●19世纪30年代起 ●20世纪50年代起 ●20世纪80年代起（2）等离子体物理主要研究领域 ●低温应用等离子体 ●聚变等离子体 ●空间和天体等离子体 2．认识等离子体（1）空间等离子体展示（2）宇宙中90％物质处于等离子体态（3）等离子体概念（4）等离子体分类（5）等离子体是物质第四态（6）等离子体参数空间（7）电离气体是一种常见的等离子体（8）等离子体特性和主要参量 3．等离子体诊断（1）德拜屏蔽和准中性（2）等离子体诊断－单探针法

【板书内容】等离子体特性研究 φφtan 11600tan == k e T e e e kT E 23= e e e m kT v π8= kT m eS I v eS I n e e e π2400= = ()? ????-== =e s p e e kT U U e I Se n e N I exp 41 ? C kT eU I e p += ln e e e e n v E T ，，，

【实验报告】等离子体特性研究【实验目的】 1. 了解气体放电中等离子体的特性。 2. 利用等离子体诊断技术测定等离子体的一些基本参量。【实验原理】等离子体（又称等离子区）定义为包含大量正负带电粒子、而又不出现净空间电荷的电离气体。也就是说，其中正负电荷密度相等，整体上呈现电中性。等离子体可分为等温等离子体和不等温等离子体，一般气体放电产生的等离子体属不等温等离子体。等离子体有一系列不同于普通气体的特性：① 高度电离，是电和热的良导体，具有比普通气体大几百倍的比热容。② 带正电的和带负电的粒子密度几乎相等。③ 宏观上是电中性的。虽然等离子体宏观上是电中性的，但是由于电子的热运动，等离子体局部会偏离电中性。然而，电荷之间的库仑相互作用，使这种偏离电中性的范围不能无限扩大，最终使电中性得以恢复。偏离电中性的区域最大尺度称为德拜长度。 1. 等离子体的主要参量描述等离子体的主要参量有：① 电子温度T ，它是等离子的一个主要参量，因为在等离子中电子碰撞电离是主要的，而电子碰撞电离与电子的能量有直接关系，即与电子温度相关；② 带电粒子密度，电子密度为ne ，正离子密度为ni ，在等离子体中ne ni 。；③ 轴向电场强度EL 。表征为维持等离子体的存在所需的能量；④ 电子平均动能e E ；⑤ 空间电位分布。此外，由于等离子体中带电粒子间的相互作用是长程的库仑力，使它们在无规则的热运动之外，能产生某些类型的集体运动，如等离子振荡，其振荡频率p f 称为朗缪尔频率或等离子体频率。电子振荡时辐射的电磁波称为等离子体电磁辐射。 2. 稀薄气体产生的辉光放电辉光放电是气体导电的一种形态。当放电管内的压强保持在Pa 2 10~10时，在两电极上加高电压，就能观察到管内有放电现象。辉光分为明暗相间的8个区域，分别为阿斯顿区、阴极辉区、阴极暗区、负辉区、法拉第暗区、正辉区（即正辉柱）、阳极暗区、阳极辉区。正辉区是感兴趣的等离子区。其特征是：气体高度电离；电场强度很小，且沿轴向有恒定值。这使得其中带电粒子的无规则热运动胜过它们的定向运动。所以它们基本上遵从麦克斯韦速度分布律。由其具体分布可得到一个相应的温度，即电子温度。但是由于电子质量小，它在跟离子或原子作弹性碰撞时能量损失很小，所以电子的平均动能比其他粒子的大得多，这是一种非平衡状态。因此，虽然电子温度很高（约为105K ），但放电气体的整体温度并不明显升高，放电管的玻璃壁并不软化。

膨胀波干扰下的激波反射临界曲线

第七届全国流体力学学术会议 CSTAM2012-B03-0123 2012年11月广西·桂林膨胀波干扰下的激波马赫反射研究李韶光*,2)，姚瑶+，高波*，吴子牛* *（清华大学航天航空学院工程力学系，北京海淀区 100084）摘要超音速进气道在超额定状态下，唇口膨胀波会与外压缩激波发生干扰，进而对外压缩激波在唇口上的反射类型和反射结构产生影响。本文考虑了唇口膨胀波对外压缩激波的干扰，得到了不同唇口膨胀角下的激波反射临界曲线，并进行了数值验证。我们发现，在相同的来流马赫数和楔角楔长等条件下，不同的唇口膨胀角会产生不同的激波反射类型。针对马赫反射三叉点在唇口膨胀波之后的情况，通过进一步考虑各种膨胀波和压缩波的干扰，用理论的方法预测了唇口膨胀波干扰下激波马赫反射的波系结构，包括马赫杆的高度、反射激波和滑移线的位置和形状等，并与CFD结果有很好的吻合。关键词膨胀波，激波，临界曲线，马赫反射，波系结构引言超燃冲压发动机进气道内存在着丰富的激波反射现象。在超音速飞行器不同的飞行状态下，进气道的外压缩激波会打在不同的位置。当外压缩激波打在唇口点之后时（图1），它会受到唇口膨胀波的干扰，并对其反射类型和反射结构产生影响。本文将对这一情况展开研究。图 1进气道非设计状态示意图众所周知，激波反射存在两种反射类型，正规反射(RR)和马赫反射(MR)，如图2所示。RR由入射激波i和反射激波r组成；MR中，入射激波i，反射激波r，马赫杆m和滑移线s相交于三叉点T，形成三激波结构。图 2正规反射与马赫反射示意图 Von Neumann[1,2]针对RR和MR提出了二激波理论和三激波理论，并给出了判断RR-MR 相互转捩的两个临界条件，脱体条件和压力平衡条件（也称von Neumann条件）。给出了激波反射类型区域的划分，横轴 M为来流马赫数，纵轴 w θ为尖楔楔角。von Neumann条件由N θ表示，该曲线下面的区域只可能出现RR；脱体条件由D θ表示，该曲线上面的区域只可能出现MR；两条临界曲线之间的区域为“双解区”，两种反射类型均可能发生，如图3所示。图 3激波反射类型区域划分 1979年Hornung等[3]预测了RR和MR相互转捩时迟滞效应的存在。1995年Chpoun等[4]首次在实验中发现了RR-MR相互转捩的迟滞现象。随后，Chpoun[5]，Ivanov[6,7]，Henderson

电子探针结构原理及分析方法

《电子探针结构原理及分析方法》实验报告一、实验目的 1）结合电子探针仪实物，介绍其结构特点和工作原理，加深对电子探针的了解。 2）选用合适的样品，通过实验操作演示，以了解电子探针分析方法及其应用。二、实验原理电子探针X射线显微分析仪（简称电子探针）利用约1μm 的细焦电子束，在样品表层微区内激发元素的特征X射线，根据特征X射线的波长和强度，进行微区化学成分定性或定量分析。电子探针的光学系统、真空系统等部分分与扫描电

子显微镜基本相同，通常也配有二次电子和背散射电子信号检测器，同时兼有组织形貌和微区成分分析两方面的功能。电子探针的构成除了与扫描电子显微镜结构相似的主机系统以外，还主要包括分光系统、检测系统等部分。三、实验内容 1）老师介绍电子探针的基本构造和工作原理，并进行演示操作。 2）学生十人一组观察老师的操作过程，记录相关的数据或图形。四、分析方法电子探针有三种基本工作方式：点分析用于选定点的全谱定性分析或定量分析，以及对其中所含元素进行定量分析；线分析用于显示元素沿选定直线方向上的浓度变化；面分析用于观察元素在选定微区内浓度分布。

1.实验条件（1）样品样品表面要求平整，必须进行抛光；样品应具有良好的导电性，对于不导电的样品，表面需喷镀一层不含分析元素的薄膜。实验时要准确调整样品的高度，使样品分析表面位于分光谱仪聚焦圆的圆周上。（2）加速电压电子探针电子枪的加速电压一般为3~50kv，分析过程中加速电压的选择应考虑分析元素及其谱线的类别。（3）电子束流特征X射线的强度与入射电子束流呈线性关系。为提高X射线信号强度，电子探针必须使用较大的入射电子束流，特别是在分析微量元素或轻元素时，更需要选择较大的束流，以提高分析灵敏度。在分析过程中要保持束流稳定，在定量分析同一组样品时应控制束流条件完全相同，以获取准确的分析结果。（4）分光晶体实验时应根据样品中待分析元素及X射线线系等具体情况，选用合适的分光晶体。 2.点分析（1）全谱定性分析驱动分光谱仪的晶体连续改变衍射角θ，记录X射线信号强度随波长的变化曲线。检测谱线强度峰值位置的波长，即可获得样品微区内所含元素的定性结果。（2）半定量分析在分析精度要求不高的情况下，可进行

力学,流体力学,固体力学词汇英语翻译

力学，流体力学，固体力学英语词汇翻译牛顿力学Newtonian mechanics 经典力学classical mechanics 静力学statics 运动学kinematics 动力学dynamics 动理学kinetics 宏观力学macroscopic mechanics,macromechanics 细观力学mesomechanics 微观力学microscopic mechanics,micromechanics 一般力学general mechanics 固体力学solid mechanics 流体力学fluid mechanics 理论力学theoretical mechanics 应用力学applied mechanics 工程力学engineering mechanics 实验力学experimental mechanics 计算力学computational mechanics 理性力学rational mechanics 物理力学physical mechanics 地球动力学geodynamics 力force 作用点point of action 作用线line of action 力系system of forces 力系的简化reduction of force system 等效力系equivalent force system 刚体rigid body 力的可传性transmissibility of force 平行四边形定则parallelogram rule 力三角形force triangle 力多边形force polygon 零力系null-force system 平衡equilibrium 力的平衡equilibrium of forces 平衡条件equilibrium condition 平衡位置equilibrium position 平衡态equilibrium state 分析力学analytical mechanics 拉格朗日乘子Lagrange multiplier 拉格朗日[量] Lagrangian 拉格朗日括号Lagrange bracket

直流辉光放电中等离子体诊断实验指导手册(教师用)-东北大学

近代物理实验系列-等离子体诊断实验实验指导手册(教师用书) 东北大学 2017.6.30

等离子体是由中性粒子、电子、离子、光子等基本粒子组成的各向异性运动的物质形态，被称为除了固态、液态、气态外物质第四态，等离子体应用广泛，也是近代物理、材料研究的重要领域之一。因此，也是大学物理以及相近专业的近代物理实验课程的必修内容。改变插入到放电管的正柱区内的朗缪尔探针的电压（一般-100V 到+100V 变化），使之吸收等离子体内的离子和电子，并分析探针上的电流 I 和电压 V 的关系可以对等离子体进行诊断分析。本实验的实际操作有助于更加深刻的理解老师在课堂上讲授的相关理论。朗缪尔探针是研究等离子体特性的主要工具，要求学生通过本次实验了解朗缪尔探针的测量等离子体的基本原理；熟练测量朗缪尔探针的 I-V 特性曲线；能够通过 I-V 特性曲线计算分析出等离子体的有关参数。通过本实验应使学生充分理解如下内容： ①等离子体空间电位 ②等离子体悬浮电位 ③等离子体密度(电子密度=离子密度) ④电子温度 ⑤朗缪尔探针(单探针)进行等离子体诊断的理论

SSV-40 型气体放电与等离子体诊断仪 1 台(如图 1 所示);实验报告；实验指导手册；记录笔和记录纸；可拍照手机。图 1 SSV-40 型气体放电与等离子体诊断仪

3.考察知识点 ⑴等离子体参数等离子体空间电位：等离子体相对于地的电位(差)。等离子体密度：等离子体由电子和正离子组成，宏观呈现电中性的物质状态，因此宏观的电子密度和离子密度相等也等于等离子体密度。电子温度：等离子体中大量电子做运动具有的动能的宏观表现即温度。探针悬浮电位：朗缪尔探针悬浮在等离子体中(由于是悬浮状态探针电流为零）时探针相对于地的电位差德拜长度：德拜长度描述等离子体最小尺度，只有大于德拜长度的尺度才可以认为是等离子体，小于德拜长度区域内存在的电子离子的局部不稳定运动或者说局部空间电荷不为 0，不能认为是等离子体。因此德拜长度是等离子体重要的指标，一般朗缪尔探针的针尖尺度应该小于德拜长度以致于接触式测量不至于对等离子体产生干扰。图 2 SSV-40型放电与等离子体诊断仪放电与诊断电路简图

电子探针分析过程浅析

电子探针分析过程浅析电子探针（EPMA）是非常先进的元素定性和定量分析设备，是目前微区元素定量分析最准确的仪器。它使用细聚焦电子束入射样品表面，激发出样品元素的特征X射线，分析X射线的波长，即可知道样品中所含元素的种类；分析特征X射线的强度，可知样品中对应元素的相对含量，并配置能谱仪分析附件。电子探针可进行图像观察，并获得元素的定性定量分析数据。它的应用能为钢铁产品的研发工作及质量控制提供准确、有效的分析数据。针对此课题，本报记者采访了首钢技术研究院检验高级工程师严春莲。电子探针在钢铁工业中有非常重要的作用，国内外许多科研院所、钢铁企业都利用电子探针进行固体样品的微区（微米到纳米级）分析，可分析的元素范围是B5—U92。它利用细聚焦的电子束照射样品，可查明钢铁样品微区中的元素成分，尤其是可以对C、N、O等轻元素进行定性定量分析，X射线取出角可达52.5°，以高信噪比及高灵敏度检测钢材中较轻元素的含量可达ppm级。这是扫描电镜所不能胜任的，因为扫描电镜和能谱仪一般是对元素周期表中Na元素以后的重元素进行定性和半定量分析。现阶段，利用电子探针已经突破这一局限，大大方便研发人员对样品中的轻元素进行微观分析研究。如板材产品会出现明显的碳偏析和析出相，通过电子探针进行微区观察分

析，会有助于生产实际问题的解决，促进新产品强化机理问题的深入研究。另外，电子探针还可以进行镀层成分、厚度的测定、粒度分布的测定及断面分析等。电子探针无疑是钢铁企业提高科研水平、改善产品质量的一种非常有效的技术手段。与传统的成分分析仪相比，电子探针更偏重成分的微区定量分析，处于微米级的分析精度，它的检测极限一般为0.01—0.05wt%，对原子序数大于11，含量在10wt%以上的元素，其相对误差通常小于2%。而光谱类的分析仪是较宏观的检测，处于毫米级的分析精度。以380CL 车轮钢开裂分析为例，裂纹从边部开裂，沿着中心偏析带附近往里扩展，但未曾沿着中心偏析带开裂。裂纹开裂处周边无夹杂，无氧化物，周边组织无脱碳现象。利用金相显微镜、扫描电镜等分析后只能观察到有偏析带，但具体是什么成分偏析、偏析程度如何就无法准确判定，而利用电子探针分析发现试样中心偏析带附近存在着磷偏析带，裂纹沿着磷偏析带开裂。根据这一结果，倒推出当时在炼钢生产时，同一时间生产的高强钢也发现了严重的磷偏析，现场生产异常排除后，车轮钢至今未发现因磷偏析引起的开裂。目前，首钢技术研究院利用电子探针开发铸坯枝晶组织显示、枝晶偏析定量分析等技术处于国内领先水平。通过设置适当的分析条件，电子探针的面、线、点分析功能可以较好地表征钢中微量元素的偏析状况，并可获得准确定量的微区化学成分。对成分偏析含量低、组织

固体工质等离子体发生器流场参数的诊断

第２９卷第３期２００９年９月核聚变与等离子体物理ＮｕｃｌｅａｒＦｕｓｉｏｎａｎｄＰｌａｓｍａＰｈｙｓｉｃｓ、，０１．２９．Ｎｏ．３Ｓｅｐ．２００９文章编号：０２５４－－６０８６（２００９）０３－－０２８４－－０５固体工质等离子体发生器流场参数的诊断刘磊１，３，曹金祥１，牛田野１，刘鑫２，袁雷２，邬润辉２，任爱民２，孟刚２（１．中国科学技术大学近代物理系，中国科学院基础等离子体物理重点实验室，合肥２３００２６；２．试验物理与计算数学实验室，北京１０００７６；３．中国空间技术研究院。北京１０００９４）摘要：利用朗缪尔探针和发射光谱两种诊断手段，测量了某固体工质等离子体发生器的喷流流场参数。结果表明，在输入功率为２ｋＷ时，发生器可持续稳定工作３００ｓ；发生器燃烧室内最高温度为８００Ｋ。稳定工作时，发生器壳体结构正常，没有发现损毁现象；等离子体喷流的电子密度为１０１１—１０１２ｃｍ－３量级。电子温度为１．５—３．５ｅＶ。关键词：等离子体发生器；等离子体诊断；朗缪尔探针阵列；发射光谱中图分类号：０５３９文献标识码：Ａ１引言等离子体隐身是一种全新的隐身概念，其优点包括主动控制隐身、便于维护，不会影响飞行器的气动结构设计和飞行性能，使用周期长，造价相对低廉等。由于其在国防领域重要的应用价值，各国纷纷进行相关技术的研究。早在二十世纪六十年代，美国、前苏联等国家即开始研究等离子体吸收电磁波的性能。工程中，用作隐身技术的主要是低温等离子体，而产生这种等离子体的常用方法之一即为等离子体发生器。近年来，俄罗斯在发生器技术上取得了突破性进展。据报道，１９９９年俄罗斯克尔德什研究中心开发出第一代和第二代等离子体发生器，并在飞机上试验成功［１，２１。不同类型的发生器，等离子体产生方式也不尽相同，常用的如热致电离、气体放电、放射性同位素、强激光、高功率微波等。本实验的研究对象是一种固体工质、热致电离的等离子体发生器，其工作原理为电控点火装置点燃固体燃剂，使其在燃烧室内迅速燃烧，产生高温，高压燃气迅速流向喷管，经喷管膨胀加速后脱离发生器，在空间中形成具有一定电子密度和电子温度的等离子体区域。实验利用朗缪尔探针阵列和光栅光谱仪两种装置对发生器喷流的流场参数进行诊断‘３一。在低气压（１０－１Ｐａ）条件下，该发生器流场的电子密度，ｌ。和电子温度瓦的空间分布规律进行了探索，对选择合理的发生器结构和工作参数有参考意义。２实验装置和原理实验装置原理图如图１所示，主要包括真空系统，等离子体发生器及其工作电源，热电偶测温系统，等离子体喷流流场诊断系统（朗缪尔探针阵列和发射光谱诊断系统）四个部分。图１实验装置原理图收稿日期：２００８埘—２４；修订日期：２００９－－０３一１８作者简介：刘磊（１９８３－），男，北京人，中国科学技术大学物理学院硕士研究生，研究方向：等离子体诊断技术。　万方数据

电子探针分析技术在地学中的应用进展

电子探针分析技术在地学中的应用进展摘要电子探针分析技术（EPMA）是一种应用较早、且至今仍具有独特魅力的多元素分析技术。二战以后，世界经济和社会的迅猛发展极大地促进了科学技术的进步，电子探针分析技术（EPMA）也进入了一个快速发展时期。在地学领域的应用中,取得了令人瞩目的成就。文章就该技术的发展历史、发展趋势及在地学中的应用进展等方面做出了具体阐述。关键词：电子探针；地学；应用进展 1引言电子探针是电子探针X 射线显微分析仪的简称，英文缩写为EPMA (Electron Probe X-ray Micro-Analyser)，它用一束聚焦得很细（50nm～１μｍ）的加速到 5kV-30kV的电子束，轰击用光学显微镜选定的待分析试样上某个“点”（一般直径为1-50um），利用试样受到轰击时发射的X射线的波长及强度，来确定分析区域中的化学组成。随着电子光学技术和计算机技术的发展，现在的EPMA同时具有扫描电镜SEM的形貌观察、结构分析等功能。不但像仪器发明之初那样，以金属和矿物样品中不同相或不同组成的成分分析为主要目的，而且也应用在冶金、电子电器件、陶瓷、塑料、纤维、木材、牙齿、骨骼、叶、根等等方面。其应用领域之广泛，可说目前已经涉及到所有固体物质的研究工作中，尤其在材料研究工作方面。这种仪器不仅是研究工作中的重要工具，而且也是质量检查的手段之一。本文仅对EPMA在地学领域中的应用进展加以阐述。 2电子探针的发展历史简介电子探针分析的基本原理早在1913 年就被Moseley发现，但直到1949 年，法国的Castaing在guinier教授的指导下，才用透射电镜（TEM）改装成一台电子探针样机。1951年6月，Castaing在他的博士论文中，不仅介绍了他所设计的电子探针细节，而且还提出了定量分析的基本原理。现在电子探针的定量修正方法尽管作了许多修正，但是，他的一些基本原理仍然适用。1955年Castaing在法国物理学会的一次会议上，展出了电子探针的原形机, 1956 年由法国CAMECA公司制成商品，1958年才把第一台电子探针装进了国际镍公司的研究室中，当时的电子探针是静止型的,电子束没有扫描功能。

实验6 电子探针(能谱仪)结构原理及分析方法

实验6 电子探针（能谱仪）结构原理及分析方法一、实验目的与任务 1) 结合电子探针仪实物，介绍其结构特点和工作原理，加深对电子探针的了解。 2)选用合适的样品，通过实际操作演示，以了解电子探针分析方法及其应用。二、电子探针的结构特点及原理电子探针X射线显微分析仪(简称电子探针)利用约1Pm的细焦电子束，在样品表层微区内激发元素的特征X射线，根据特征X射线的波长和强度，进行微区化学成分定性或定量分析。电子探针的光学系统、真空系统等部分与扫描电镜基本相同，通常也配有二次电子和背散射电子信号检测器，同时兼有组织形貌和微区成分分析两方面的功能。电子探针的构成除了与扫描电镜结构相似的主机系统以外，还主要包括分光系统、检测系统等部分。本实验这部分内容将参照第十四章，并结合实验室现有的电子探针，简要介绍与X射线信号检测有关部分的结构和原理。三、实验方法及操作步骤电子探针有三种基本工作方式：点分析用于选定点的全谱定性分析或定量分析，以及对其中所含元素进行定量分析；线分析用于显示元素沿选定直线方向上的浓度变化；面分析用于观察元素在选定微区内浓度分布。 1．实验条件 (1) 样品样品表面要求平整，必须进行抛光；样品应具有良好的导电性，对于不导电的样品，表面需喷镀一层不含分析元素的薄膜。实验时要准确调整样品的高度，使样品分析表面位于分光谱仪聚焦圆的圆周上。 (2) 加速电压电子探针电子枪的加速电压一般为3～50kV，分析过程中加速电压的选择应考虑待分析元素及其谱线的类别。原则上，加速电压一定要大于被分析元素的临界激发电压，一般选择加速电压为分析元素临界激发电压的2～3倍。若加速电压选择过高，导致电子束在样品深度方向和侧向的扩展增加，使X射线激发体积增大，空间分辨率下降。同时过高的加速电压将使背底强度增大，影响微量元素的分析精度。 (3) 电子束流特征X射线的强度与入射电子束流成线性关系。为提高X射线信号强

双马赫反射问题作业

计算流体力学作业 ——双马赫反射问题数值解参考文献： Woodward et al. Journal of Computational Physics, 54,115-173,1984 图1 双马赫问题的初始流动示意图问题描述：如图所示，假设初始时刻，Mach 10的正激波向平板运动。激波与平板之间成60°夹角。试计算流场的演化，画出t=0.2时刻流场的密度及压力分布。无量纲化：以激波前的密度、温度及音速无量纲化。要求：计算域：0< x< 4, 0< y< 1；采用均匀计算网格。分别采用480*120 及960*240 网格数的网格计算。采用无粘的Euler方程计算。初值： Ma=10, 与壁面呈60°的正激波。提示：采用正激波关系式给出 x=1/6 平板，无穿透绝热条件图2 双马赫反射问题的初值及边界条件示意图

如图2所示，虚线表示激波，左侧部分为波后值ρ2,u2,v2,T2,p2 (密度，速度，温度，压力)；虚线右侧为波前值ρ1,u1,v1,T1,p1。【提示】波前的绝对速度为0，无量纲密度和温度均为 1。将坐标系固定在激波上，运用正激波关系式计算波后速度。然后将速度转化到绝对坐标系下。边界条件：图中红色部分给定为波后值ρ2,u2,v2,T2,p2；绿色部分给定为波前值ρ1,u1,v1,T1,p1。出口（黄色部分）可采用无反射边界条件。上边界需考虑激波的运动。平板上采用无穿透绝热条件。【要求】推荐使用Steger-Warming 分裂，差分数值方法不限。参考计算结果： t=0.2 时刻的密度分布（30 levels ）, 网格间距Dx=Dy=1/240, 内点WENO5, 边界降阶（WENO 5 中，超出边界的网格基权重设置为0）。采用特征分裂法。二、部分提示 1. 初值设定根据正激波关系式（Ma=10），得出112/αρρ=，212/α=T T ,312/α=V V （具体公式见《流体力学》下册（吴望一著） P.444，或空气动力学教材）。由于以波前的密度、温度及波前的音速无量纲化，因此 0,1,11111====v u T ρ， 0,1,1112====v u T ρ （激波前空气是静止的） 2212,ααρ==T 在激波坐标系上（坐标系固定在激波上），波前的速度V1=10 (因为激波运动

计算流体力学典型算例

计算流体力学典型方法与算例 1.黎曼问题——有限体积TVD 2.激波尖劈反射——WAF，PLM 3.喷口出流问题——MUSCL有限元 4.带运动边界的黎曼问题——MUSCL 5.底排装置内流场——有限体积TVD 6.后台阶超音速粘性流——MacCormack 7.气固两相化学反应流——PSIC 8.三维爆轰波的精细结构——FCT 9.非结构网格自动生成技术4例 10.自适应非结构网格应用2例

黎曼问题 2、对二维矩形流场的网格化（结构化网格）图1.1 流场初始网格 1、采用的差分方法：有限体积TVD 方法P=1,T=1 P=10,T=1

黎曼问题 3、计算结果压强密度速度图1.2 时间t=0.13 时的变量曲线

1.流动模型垂直于x方向、起始马赫数为M S 的正激波与尖劈角为的尖劈相遇，可能发生的激波反射形式有。(a)正规反射，(b)单马赫反射，(c)复杂马赫反射，(d)双马赫反射。

2.数值方法分别采用 (1).WAF(Weighted Average Flux)格式(参看6.2~6.3)； (2).PLM(Piece-Wise Linear Method)格式(参看6.4.3)计算网格为CHIMERA自适应网格。 3.计算结果计算域：25.0?16.5（x-y平面）激波起始位置x=4.0 尖劈位置x=4.69 =1.225kg/m3,p a=101325Pa, 环境参数：ρ a u a=0,v a=0 WAF和PLM方法的计算结果如图所示

M s=1.7, =25°;(a)实验结果，(b)矩形网格等密度线，(c)输出时的自适应网格，(d)自适应网格等密度线

电子探针的综述

电子探针的发展及应用 1 电子探针的发展 1949年法国Castaing与Guinier将一架静电型电子显微镜改造成为电子探针仪。1951年Castaing的博士论文奠定了电子探针分析技术的仪器、原理、实验和定量计算的基础，其中较完整地介绍了原子序数、吸收、荧光修正测量结果的方法，被人们誉为EPMA显微分析这一学科的经典著作。1956年，在英国剑桥大学卡文迪许实验室设计和制造了第一台扫描电子探针。1958年法国CAMECA 公司提供第一台电子探针商品仪器，取名为MS-85。现在世界上生产电子探针的厂家主要有三家，即日本岛津公司SHIMADZU、日本电子公司JEOL和法国的CAMECA公司。随着科学技术的发展，电子探针显微分析技术进入了一个新的阶段，电子探针向高自动化、高灵敏度、高精确度、高稳定性发展。现在的电子探针为波谱WDS和能谱EDS组合仪，用一台计算机同时控制WDS和EDS，结构简单、操作方便。 2 电子探针的原理电子探针的全称为电子探针X射线显微分析（Electron Probe Microanalysis，简称EPMA），是电子光学和X射线光谱的结合产物。它用一束聚焦得很细（50nm～１μｍ）的加速到5kV-30kV的电子束，轰击用光学显微镜选定的待分析试样上某个“点”（一般直径为1-50um），利用试样受到轰击时发射的X射线的波长及强度，来确定分析区域中的化学组成。EPMA是一种显微分析和成分分析相结合的微区分析，它特别适用于分析试样中微小区域的化学成分，因而是研究材料组织结构和元素分布状态的极为有用的分析方法[1]。 2. 1 主要结构电子探针主要结构有：电子束照射系统( 电子光学系统)，样品台，X射线分光(色散)器，真空系统，计算机系统(仪器控制与数据处理)，如图1所示。2. 2 电子光学系统与观察产生电子束照射样品的部分称为照射系统或电子光学系统(EOS)，保持在约10- 3~ 10- 4Pa的真空系统中。电子束由灯丝，栅极帽，阳极板组成的电子枪中发

分析哲学的江怡的雅尔通章节测试

分析哲学的江怡的雅尔通章节测试什么是分析哲学（一） 1．分析哲学以（）为主要内容。 A..逻辑 2．（）的逻辑是人类历史上第一个逻辑系统 C.亚里士多德 3.下面的哪一位不是德国的哲学家？（） B.罗素 4.分析哲学发生在德国和奥地利。（）对 5.现代逻辑是建立在语言和诡辩基础上的。（）错什么是分析哲学（二） 1.现代形式语言的特点不包括（）。 D. 自然语言 2.第一次使用“分析”概念的是（）。 A. 亚里士多德 3.《三松堂全集》的作者是我国著名哲学家（）。 B.冯友兰 4.分析哲学诞生了现代逻辑。（）错 5.英国哲学家罗素提出了“原子主义”。（）对什么是分析哲学（三） 1.传统哲学的三大组成部分不包括（）。 C.客体论 2.（）被认为是语言哲学的奠基人。 D.路德维希·维特根斯坦 3.语言哲学关注的三个问题不包括（）。 A.心理问题 4.一般认为分析哲学的产生要早于语言哲学。（）对 5.语言哲学讨论的是使用语言的人的心灵活动。（）错什么是分析哲学（四） 1.美国科学实在论的创始人是（）。 B.塞拉斯 2.以人的行为来解释人的心灵活动的特征是（）。 D.行为主义心理学派 3.（）是行为主义的创始人。 C.华生 4.笛卡尔“二元论”的前提是身与心的分离。（）对 5.功能主义和物理主义都属于唯心主义哲学。（）错分析哲学从何而来（一） 1.亚里士多德逻辑主要出自著作（）。 A.《工具论》 2.人的意识活动不包括（）。 C.直觉 3.下面哪一项不属于人类四大文明古国？（） B.古印第安 4.哲学观对照的对象是不一致的。（）错 5.亚里士多德逻辑主要包括范畴分类、论证方式和推理规则三部分。（）对分析哲学从何而来(二) 1.“从普遍接受的意见出发，进行的推理是辩证的推理”的观点出自() C.亚里士多德 2.（）被认为是亚里士多德逻辑的十大范畴之首。 A.实体 3.范畴意义的区分不包括（）。 D.语言意义和文字意义 4.演绎逻辑可以提供新的知识。（）错 5.同名异义是指同样

实验六电子探针结构原理及分析方法[指南]

实验六电子探针结构原理及分析方法[指南] 实验六电子探针结构原理及分析方法一、实验内容及实验目的 1(结合电子探针仪实物，介绍其结构特点和工作原理，加深对电子探针的了解。 2(选用合适的样品，通过实际操作演示，以了解电子探针分析方法及其应用。二、电子探针的结构特点及原理电子探针X射线显微分析仪(简称电子探针)利用约1μm的细聚焦电子束，在样品表层微区内激发元素的特征X射线，根据特征X射线的波长和强度，进行微区化学成分定性或定量分析。电子探针的光学系统、真空系统等部分与扫描电镜基本相同，通常也配有二次电子和背散射电子信号检测器，同时兼有组织形貌和微区成分分析两方面的功能。电子探针的构成除了与扫描电镜结构相似的主机系统以外，还主要包括分光系统、检测系统等部分。本实验这部分内容将参照教材，并结合实验室现有的电子探针，简要介绍与X射线信号检测有关部分的结构和原理。三、电子探针的分析方法电子探针有三种基本工作方式:点分析用于选定点的全谱定性分析或定量分析、以及对其中所含元素进行定量分析;线分析用于显示元素沿选定直线方向上的浓度变化;面分析用于观察元素在选定微区内的浓度分布。 1(实验条件 (1) 样品:样品表面要求平整，必须进行抛光;样品应具有良好的导电性，对于不导电的样品，表面需喷镀一层不含分析元素的薄膜。实验时要准确调整样品的高度，使样品分析表面位于分光谱仪聚焦圆的圆周上。

(2) 加速电压:电子探针电子枪的加速电压一般为3~50kV，分析过程中加速电压的选择，应考虑待分析元素及其谱线的类别。原则上加速电压一定要大于被分析元素的临界激发电压，一般选择加速电压为分析元素临界激发电压的2~3倍。若加速电压选择过高，导致电子束在样品深度方向和侧向的扩展增加，使X射线激发体积增大，空间分辨率下降。同时过高的加速电压将使背底强度增大，影响微量元素的分析精度。 (3) 电子束流:特征X射线的强度与入射电子束流成线性关系。为提高X射线信号强度，电子探针必须使用较大的入射电子束流，特别是在分析微量元素或轻元素时，更需选择大的束流，以提高分析灵敏度。在分析过程中要保持束流稳定，在定量分析同一组样品时应控制束流条件完全相同，以获取准确的分析结果。 (4) 分光晶体:实验时应根据样品中待分析元素及X射线线系等具体情况，选用合适的分光晶体。常用的分光晶体及其检测波长的范围见有关表。这些分光晶体配合使用，检测X 射线信号的波长范围为0.1~11.4nm。波长分散谱仪的波长分辨率很高，可以将波长十分接近(相差约0.0005nm)的谱线清晰地分开。 2(定点分析 (1) 全谱定性分析:驱动分光谱仪的晶体连续改变衍射角θ，记录X射线信号强度随波长的变化曲线。检测谱线强度峰值位置的波长，即可获得样品微区内所含元素的定性结果。电子探针分析的元素范围可从铍(序数4)到铀(序数92)检测的最低浓度(灵敏度)大致为100ppm，空间分辨率约在微米数量级。全谱定性分析往往需要花费很长时间。 (2) 半定量分析:在分析精度要求不高的情况下，可以进行半定量计算。根据是元素的特征X射线强度与元素在样品中的浓度成正比的假设条件，忽略了原子序数效应、吸收效应和荧光效应对特征X射线强度的影响。实际上，只有样品是由原

气相爆轰胞格结构和马赫反射数值模拟

第!"卷第#期爆炸与冲击$%&’!"，(%’# !))" !))"年*月+,-./01/(2(304/5672$+089&’， !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !文章编号："))":";<<（!))"）)#:)"=":)* 气相爆轰胞格结构和马赫反射数值模拟张德良"，谢巍"，郭长铭!，胡湘渝" （">中国科学院力学研究所高温气体动力学开放实验室，北京")))?)； !>中国科学技术大学力学与机械工程系，安徽合肥!#))!*）摘要：采用简化二阶段化学反应模型和改进的高精度时空守恒方法（5+@0+）对二维可燃气体33A过程和爆轰波在楔面上的马赫反射进行了数值模拟，计算和实验结果的比较令人满意。关键词：33A过程；爆轰波；马赫反射；5+@0+方法；胞格结构中图分类号：/#?"文献标识码：2 !引言自然界中含能物质存在两种燃烧方式：爆燃和爆轰。爆燃是燃烧进行最快的一种特殊方式。在一定条件下，爆燃可以转变成爆轰，爆轰也可能衰减为爆燃。形成爆轰后，流场中会产生胞格结构，爆轰波在传播过程中遇到障碍物时会发生马赫反射，在马赫反射前后的胞格结构会发生明显变化，因此爆轰波胞格结构和马赫反射使流动变得十分复杂，无论是实验研究还是数值模拟都十分困难。 =)年代人们从实验中已发现了爆轰波胞格结构。长期以来，众多学者对爆轰波胞格结构和传播规律进行了研究。研究主要通过实验手段进行，已取得了一定的进展，许多问题已从实验上得到解决，但是，对爆轰波胞格结构形成的机理在认识上至今仍未取得实质性突破，至于爆轰波和障碍物相互作用的研究只是近年来才刚刚开始，目前，这一课题已引起国内外学者注意，深入的研究正在进行中。 ?)年代以来随着计算流体力学的迅猛发展，爆轰波胞格结构的数值模拟也得到了发展，可以通过各种物理和数学模型来进行。然而，关于爆轰波马赫反射的数值模拟仍处于起步阶段，目前，很少见到有关这方面的研究进展的报导。综上所述，可以看出，关于爆轰波胞格结构和马赫反射问题，无论是实验研究还是数值模拟都有待更深入的研究。这是一个具有挑战性的课题，在工程应用和科学研究上具有很重要的价值。带有化学反应的流动可以采用不同的数学模型来描述，作为第一步，采用简化的二阶段化学反应模型。为了提高数值模拟精度，我们采用了一种全新的时空守恒方法（5+@0+）。首先对时空守恒方法进行改进，然后用来数值模拟氢氧混合可燃气体的爆轰波胞格结构和马赫反射，计算和实验结果的比较令人满意。这一突破为以后深入研究爆轰波胞格结构和马赫反射创造了良好的基础。最后，我们对计算结果作了初步分析，得到一些有用的结论。 "物理问题与数学模型如图"所示，考虑一管状容器，内部充满着静态的可燃气体混合物，当在管状容器的左端点火后，可燃气体被点燃，并形成一燃烧波。当燃烧波在管内传播时引起波后可燃气体发生化学反应，释放大量能量，使燃烧波不断加速，最后形成爆轰波。这就是典型的33A过程［"］。在横向扰动的作用下爆轰波会形成复杂的胞格结构（见图!）。 "收稿日期：!))):"":";；修回日期：!))":)!:"< 基金项目：国家自然科基金项目（"B?*!)?=）万方数据作者简介：张德良（"B#B—），男，研究员。