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棱镜系列软件之光谱分析模块(原子光谱)
发布日期:2021-03-07

关键词:原子光谱、光谱分析、碰撞-辐射、天体物理、等离子体诊断、发射、吸收、电离特性

                           atomic transition,  astrophysics、plasma diagnostics、原子 跃迁、电子跃迁、

 

一、软件介绍

PrismSPECT光谱分析模块是一款碰撞-辐射光谱分析软件,专门用来模拟实验室和天体物理等离子体的原子和辐射特性。对于用户指定条件的一个网格等离子体,PrismSPECT可以计算局部和非局部热动平衡等离子体光谱特性(发射和吸收)及电离特性。

在开发PrismSPECT该软件时重点是容易使用:采用用户友好图形界面创建问题、监控模拟过程、以及查看模拟结果。PrismSPECT模块包含一套1-18号元素的原子数据库,其他元素数据库可选。

 

二、PrismSPECT主要特点:

计算温度和密度均匀的(0宽度或有限尺寸的单个体元)等离子体光谱和电离分布

计算独立部件的等离子体光谱-元素、电离级次、背光等

包括易用的图形用户界面(GUI),用于问题创建和结果查看。

包括在线文件,直接从小窗口访问“Help”页面

计算局部和非局部热动平衡等离子体原子能级布居(atomic level populations)和光谱

计算外部辐射场对布居和光谱的影响

计算等离子体或背光系统中的吸收光谱

支持基态或时间相关原子速率方程求解

支持下列任意两个独立变量2维网格便捷计算:

*   温度

*   密度

*   等离子体尺寸

*   成分

*   外部辐射场

*   非麦克斯韦电子分部参数

包含图形软件包,用于下列计算结果可视化:

*   频率相关量与仪器增宽混合

  •  发射光谱
  •  透射光谱
  • 不透明度
  • 光学厚度

*   贡献频率相关量:

  • 选定的元素
  • 选定的电离级
  • 跃迁类型——束缚-束缚和/或自由-束缚

*   电离度

*   原子能级布居

*   冷却速率

*   非局部热动平衡跃迁率计算

*   独立束缚-束缚跃迁谱线强度和谱线比例

*   选定束缚的谱线强度积分和谱线强度积分比列

*   来源于一个高斯函数或Viogt函数的选定带宽

可以拷贝图表并粘贴到Microsoft Office应用程序(e.g., MS Word and PowerPoint) 和其他应用程序中,例如WordPad和NotePad. (Windows PC only)

独立图表可以存到文件中,随后可以查看和编辑

包括模拟非麦克斯韦电子分布等离子体

包括模拟质子撞击激发和电离

包括如下碰撞-辐射模拟原子过程:

*   碰撞电离、复合、激发和退激

*   光致电离和受激复合

*   光致激发和受激发射

*   自发衰减

*   辐射复合

*   双电子复合、自动电离和电子俘获

在谱线轮廓模拟中包括多普勒、自然(包括:自动电离的贡献)和斯塔克增宽

允许用户对斯塔克增宽设置值

允许用户对选定跃迁能量和振子强度设置值.

利用ATBASE原子程序包支持:

*   光致电离截面

*   振子强度

*   碰撞电离截面

*   碰撞激发截面

*   原子能级能量和跃迁能量

*   双电子复合、自电离和电子俘获率

*   有需要时合并NIST原子能级能量和振子强度

与Prism其他应用程序的接口:

AtomicModeBuilder:一种用户友好的用户原子模型创建工具。

PrismPLOT:一种查看计算结果的图形工具。.

 

三、PrismSPECT 用户界面

Prism软件容易使用,图形用户界面(GUI)方便设置并允许显示大量结果。不需要专门学习程序语言、编写代码,用户只需要通过键盘和鼠标既可以完成挑战性项目模拟仿真。使用PrismSPECT有多方便?部分用户评语可以告诉您:

“我和我的学生一直在使用PRISM系列软件从事项目研究,我的学生使用HELIOS, SPECT3D, PrismSPECT, VISRAD模拟了大量实验室试验及天体物理等离子体项目,并发表了相关文章和学术演讲。我的学生能够在一天内掌握该软件,这主要得益于软件的直观、清晰、简单易用的图形界面及内含的渲染工具….我现在已经使用部分模块进行教学。”

--- Prof. David Cohen, Dept. of Physics and Astronomy, Swarthmore College.

PrismSPECT软件界面例子:

       

                           深紫外光刻Xe光谱                                             Mg + Al 吸收光谱

    

                             样品电离分布                                                内壳Kα卫星吸收光谱

 

    

 

   四、安装平台要求:

PrismSPECT采用交叉平台C++用户界面开发,并利用OpenGL图形应用框架,从而使用交叉平台UI软件和OpenGL允许PrismSPECT支持MS Windows, Unix, and Mac 平台。PrismSPECT当前支持:

  • MS Windows (7, 8, XP, Vista)
  • Linux
  • Mac OSX. 10.7 and greater

 

五、全球参考用户

国家实验室和研究所

大学用户:

企业用户:

 

六、大量参考文献

PrismSPECT自带在线文件和可快速运行案例,绝大部分软件窗口有帮助按钮,可直接跳到相关帮助页面。

 

PrismSPECT Reports and Whitepapers

  The following provide additional information on PrismSPECT modeling and benchmarking.

 

Overview papers

Simulation of the Ionization Dynamics of Aluminum Irradiated by Intense Short-Pulse Lasers

Also published in Inertial Fusion Sciences and Application, p. 457, 2003. 

Research Papers 

Observations of the Emission Processes of a Fast Capillary Discharge Operated in Nitrogen

M.P. Valdivia, E.S. Wyndham, M. Favre et al., Plasma Sources Science and Technology, Vol. 21, p.025011 (2012) 

Calibration and Analysis of Spatially Resolved X-Ray Absorption Spectra from a Nonuniform Plasma

P.F. Knapp, S.B.Hansen, S.A. Pikuz et al., Review of Scientific Instruments, Vol. 83, p.073502 (2012) 

A Technique for Measuring the Propagation of a Supersonic Radiation Front in Foam Via Spacially Resolved Spectral Imaging of a Tracer Layera

J.M Taccetti, P.A. Keiter, N. Lanier et al., Review of Scientific Instruments, Vol. 83, p.023506 (2012) 

Target-Heating Effects on the Ka1,2 -Emission Spectrum from Solid Targets Heated by Laser-Generated Hot Electrons

P.M. Nilson, W. Theobald, C. Mileham et al., Physics of Plasmas, Vol. 18, p.042702 (2011) 

Early Stage Optical Emission in Nanosecond Laser Ablation

G. O'Connell, I. Tobin, J.G. Lunney. 30th ICPIG, School of Physics, Trinity College Dublin, Ireland. (2011)

Al 1s-2p Absorption Spectroscopy of Shock-Wave Heating and Compression in Laser-Driven Planar Foil

H. Sawada, S.P. Regan, P.B. Radha, R. Epstein, D. Li et al., Physics of Plasmas, Vol. 16, p.052702 (2009) 

Accretion Disk Dynamics, Photoionized Plasmas, and Stellar Opacities

R.C. Mancini, J.E. Bailey, J.F. Hawley et al., Physics of Plasmas, Vol. 16, p.041001 (2009)

Experimental Investigation of Opacity Models for Stellar Interior, Inertial Fusion, and High Energy Density Plasmas

J.E. Bailey, G.A. Rochau, R.C. Mancini et al., Physics of Plasmas, Vol. 16, p.058101 (2009) 

Spectroscopic Measurements of Temperature and Plasma Impurity Concentration During Magnetic Reconnection at the Swarthmore Spheromak Experiment

V.H. Chaplin M.R. Brown D.H. Cohen, T. Gray, and C.D. Cothran. Physics of Plasmas, Vol. 16, p.042505 (2009)

Laser Assisted Heating of Extreme Ultraviolet-Emitting Z-Pinch Plasmas

Stephan Wieneke, Stephan Brückner, and Wolfgang Viöl., Physics of Plasmas, Vol. 15, p.122508 (2008)

Spectroscopic Studies of a Hollow-Cathode-Triggered Z-Pinch Discharge

S. Wieneke, S. Bruckner, W. Viol., Plasma Science, Vol. 35, Issue 3, p.601-605 (2007) 

Iron-Plasma Transmission Measurements at Temperatures Above 150 eV

J.E. Bailey, G.A. Rochau, C.A. Iglesias, et al., Physical Review Letters, Vol. 99, p.265002 (2007) 

Hot Surface Ionic Line Emission and Cold K-Inner Shell Emission from Petawatt-Laser-Irradiated Cu Foil Targets

W. Theobald, K. Akli, R. Clarke et al., Physics of Plasmas, Vol. 13, p.043102 (2006) 

 

Memos

Aluminum Ka Satellite Absorption Spectroscopy 

Primer on Atomic Models

 

七、PrismSPECT模拟案例

模拟实例一:Al K-shell spectrum

       

光谱模拟结果

 

电离模拟结果

 

模拟实例二:Ar-doped DD, Steady-State,

模拟光谱

 

      

 

                                                                  电离模拟结果

 

模拟实例三:Al Time-Dependent, Non-Maxwellian.

In this example, we compute the ionization dynamics for a solid-density aluminum sample with a non-Maxellian electron distribution.

The electron distribution is characterized by a two-temperature (bi-Maxwellian) electron distribution composed of:

  • aT= 200 eV thermal component
  • aT= 20 keV hot electron component

In this calculation, 10% of the electrons are hot electrons.

After starting PrismSpect, set up the example as follows:

      

                                 模拟光谱                                                           模拟电离

 

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