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 - ", *