Väikeste osakeste läbimõõdu määramine gaaslaseri abil (0)

Türi kolledž
Väikeste osakeste määramine gaaslaseriga
Referaat
Hannelore
12/14/2010

Sisukord

Sisukord 2
Mis on laser ? 3
HeNe laseri ehitus ja tööpõhimõte 4
Väikeste osakeste läbimõõdu määramine gaaslaseri abil 5
Teooria 5
Praktika 6
Kasutatud kirjandus 7

Mis on laser?

Sõna laser on lühend inglisekeelseist sõnadest “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” (valguse võimendamine stimuleeritud kiirguse varal ). Laser kui optiline kvantgeneraator on valguse stimuleeritud kiirgumisel rajanev koherentvalguse generaator, harvemini valguse võimendi. Valguse all mõistetakse sel juhul lühilainelist elektromagnetkiirgust, mille lainepikkus on suurem , kui 1mm. Laserite töö baseerub pööratud jaotuse ja optilise pumpamise nime kandvatel kvantoptilistel protsessidel.
Laser on üpris eriliste omadustega uut liiki valgusallikas. Tema poolt kiiratud valgus võib olla erakordselt intensiivne, äärmiselt kõrge koherentsuse astmega ning koondunud väga kitsasse lainepikkuste vahemikku, pealegi võib valgus allikast väljuda kitsa paralleelkiirtekimbuna. Laseri väga intensiivne, rangelt koherentne ja kitsa paralleelkiirtekimbuna leviv kiirgus on toonud talle väga palju kasutusalasid. Laser ei ole mitte üksnes energiarikas ja suure intensiivsusega, vaid ühendab lisaks sellele mõningaid valguslainete jooned raadiolainete mõningate omadustega.
Laseri põhimõtte avastas Charles Townes USA-s 1954. aastal, viimistledes seda koos Schawlow´ga.

HeNe laseri ehitus ja tööpõhimõte

Laseris on katoodiga ja anoodiga varustatud toru He ja Ne rõhk selles torus on vastavalt 1 mm Hg ja 0,1 mm Hg. Laseri töölerakendamiseks kuumutatakse katoodi ja rakendatakse katoodi ja anoodi vahele kõrge pinge - umbes 1500 V. Gaaslaseris viiakse aatomid ergastatud seisundisse elektriväljas kiirendatud elektronide põrgetel gaasi aatomitega. Toru otsad on kaetud tasaparalleelsete kvartsplaatidega, mis moodustavad toru telje suhtes Brewsteri nurga (täieliku murdumise nurk). On teada, et polariseeritud valgus, mille polarisatsioonitasand langeb kokku langemistasandiga, läbib sellise akna peegelduskadudeta. Niisiis võimaldavad sellised aknad vähendada peegelduskadusid ja põhjustavad genereeritud kiirguse lineaarse polarisatsiooni. Nõguspeegel ja tasapeegel moodustavad lahtise resonaatori. Need peeglid on kaetud mitmekihilise dielektrilise kattega , mistõttu on neil suur peegeldustegur (98,99%) ja väga väike neeldumistegur. Läbipaistvuse tegur peeglil pole suurem kui 0,1%, peeglil aga umbes 2%. Viimase kaudu väljub valgus laserist. Peeglite nimetatud parameetrid saavutatakse lainepikkusel, millel laser töötab.

Väikeste osakeste läbimõõdu määramine gaaslaseri abil

Teooria

Väikest osakest läbimõõtu määratakse valguse difraktsiooni mõiste abil. Valguse difraktsiooniks nimetatakse valguslainete paindumist tõkete taha ja levimist geomeetrilise varju piirkonnas. Tõkkeks võib olla näiteks kitsas pilu või väike osake.
Difraktsiooni väikeselt kerakujuliselt osakeselt.
Kui suunata laserikiir väikesele kerakujulisele takistusele, siis difraktsioonipildil võib näha vaheldumisi tumedaid ja heledaid kontsentrilisi rõngaid. Ühe osakese korral on rõngaid raske näha valguse foonil, mis langeb ekraanile otse. Kui kiirte teele panna suur hulk kaootiliselt asetsevaid osakesi, siis difraktsioonipildi intensiivsus suureneb, kusjuures intensiivsuse jaotus on samasugune kui ühe osakese puhul. Difraktsiooninurk (otsese ja difrageerunud – kõrvale kaldunud – kiirtekimbu levimissuuna vaheline nurk) sõltub valguse lainepikkusest ja on seda suurem, mida väiksemad on osakeste mõõtmed. Kui valguse levikut takistavate osakeste läbimõõt on d ja valguse lainepikkus on ,siis rõngaste nurkdiameetreid i kirjeldavad valemid:
tumedate rõngaste jaoks:
sin 3 2,22 / d sin1 1.22 / d
ja heledate rõngaste jaoks,
sin 4 2,68 / d sin 2 1,64 / d ,
Rõngad on nummerdatud alates esimesest sisemisest tumedast rõngast. Kasutades võrrandeid, saab määrata väikeste osakeste mõõtmed, kui on teada valguse lainepikkus ja interferentsrõngaste läbimõõdud. Nendeks osakesteks võivad olla näiteks taimede eosed. Meie praktikumis oli objektiks klaasplaadile kantud õhuke kiht verd.

Praktika

Valguse difraktsioon vere erütrotsüütidelt.
Töövahendid: He- Ne gaaslaser (lainepikkus 632,8 nm), klaasplaat, millele on kantud õhuke verekiht, ekraan, nihik , joonlaud.
Asetan optilisele pingile laseri kiire teele klaasplaat kuivanud verekihiga. Ekraani paigutan objektist 15-20 cm kaugusele. Lülitan laseri vooluvõrku. Tähele tuleb panna, et laserikiir langeks plaadile risti. Valgustan plaadi seda osa (nihutades plaati), mis on kaetud ühtlase verekihiga ja püüan saavutada ekraanil võimalikult selgete rõngastega difraktsiooni pildi.
Kuna erütrotsüütide mõõtmed on väikesed, on rõngaste läbimõõdud küllalt suured. Mida suurem on kaugus L objekti ja ekraani vahel, seda suurem on rõngaste diameeter ja seda difuussemad on rõngad. Seepärast on parema mõõtmistäpsuse huvides otstarbekas mõõta esimese tumeda ja teise heleda rõnga diameetrit kolmes erinevas suunas ja objekti ning ekraani vahelist kaugust muuta mõne sentimeetri ulatuses. Saadud tulemused tuleb esitada tabeli kujul.
Osakese läbimõõt d arvutatatakse järgneva valemi abil:

Kasutatud kirjandus

• ÕIS’is olev praktikumimaterjal „Väikeste osakeste läbimõõdu määramine gaaslaseriga“
  
• Internet
  

7