利用平晶谱仪测量谱线波长的新方法

　　1　引　言

　　晶体谱仪分为平面晶体谱仪和弯晶谱仪[1],平晶谱仪由于结构简单、易操作等优点,已成为激光等离子体[2,3]研究中常用的诊断设备之一,它配合CCD,胶片,X射线光条纹相机等已能满足不同的实验要求[4~6].在X射线光谱分析[7]中,要确切知道谱线波长与谱线位置的关系,必须对晶体谱仪进行标定.通常采用参考谱线法[8,9]作为平晶谱仪波长标定的一般方法.参考谱线法要求用已知的三条谱线的波长作为参考,得到光谱图中其他谱线的波长.实际应用时在测量等离子体中加入示踪元素,但由于等离子体的复杂环境,如线移、斯塔克(Stark)展宽等效应,会造成发射谱的移动和加宽,此外示踪元素还会影响等离子体的特征,影响测量结果.辅助光阑法[10]通过测量阴影的间距来确定波长,但由于实验中要求晶体与记录面之间的夹角和晶体面与记录面的交线到第一条光阑的距离是已知的,且必须通过参考谱线法得到,给实验带来不便.

　　本文在辅助光阑法的基础上,通过改进的辅助光阑法[11]确定晶体面与记录面的交线到第一条光阑的距离,直接利用光谱图中谱线的曲率确定晶体与记录面之间的夹角,建立了一种新的确定波长的方法.该方法省去了复杂的谱仪几何参量测量过程,提高了谱仪实验测量的适用性.

　　2　理论方法

　　2.1　辅助光阑法

　　辅助光阑法确定波长的原理如图1所示,在晶体表面上加3条等间距的平行线,该平行细线由原子序数Z较高的物质构成,目的是使细线不被X射线光透射,如果谱线中存在连续谱,会在接收面上形成暗线.通过测量暗线之间的距离可以确定光源S到晶体的距离h和光源的像S′到接收面的距离f.

　　式中d为晶体晶胞之间的距离,是晶体的固有属性,p为x1到O的距离,α为晶体与记录面的夹角.p,α无法直接测量,要采用参考谱线法来测定.

　　2.2　确定参量

　　在辅助光阑法中很难用直接测量的方法得到晶体面与记录面的交线到第一条辅助光阑的距离,因此提出了一种改进的辅助光阑法,如图2所示.将光阑放置在晶体的衍射表面,根据实际情况调整光阑宽度,以便在清晰观测到光阑阴影像的同时,又不影响光谱测量.假设光阑的锯齿宽度x1′x1=l,在记录面上对应的像宽度y1′y1= L,对于任意的一条谱线的y值,b为x1到y1的距离,w为S′到y1的距离,令Δy = y-y1,则

　　这样p值就可通过光阑的像来直接计算出,而不通过直接测量或参考谱线法确定.由此得到确定波长的表达式

　　实验中实际得到的谱并不是直线,而是弯曲的一段弧,并且随波长的不同弯曲的程度也不同.