[논문]레이저 유도 플라즈마에 대한 자기장 감금의 영향 연구

현은주; 김용현

doi:10.7471/ikeee.2024.28.1.38

레이저 유도 플라즈마에 대한 자기장 감금의 영향 연구
Research on the magnetic confinement of laser-induced plasma 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.28 no.1, 2024년, pp.38 - 45

현은주 (Bio-Nano Research Center (BNRC), SOOMBI Co., Ltd.) , 김용현 (Bio-Nano Research Center (BNRC), SOOMBI Co., Ltd.)

초록
AI-Helper

간단한 자기장 감금이 레이저 유도 플라즈마의 전하 입자들에 미치는 영향이 논의 되었다. 자기장 영향에 대한 이전 연구들은 주로 플라즈마 방전 세기의 향상이나 수명시간 연장에 집중되었다. 이와 대조적으로, 본 개발은 과거에 거의 다뤄지지 않았던, 플라즈마 소멸에 대해 연구하였다. 이는 플라즈마를 활용한 기술개발에 혁신적인 도움이 될 것으로 기대한다. Nd:YAG 레이저(1064 nm, 6 ns)가 3가지 타입의 금속 물질(Al, Ti, STS)과 공기 중에 집광되었다. Nd₂Fe₁₄B 자석으로 0.4T 크기의 자기장을 만들었고, 이를 레이저 유도 플라즈마에 관통시켰다. 플라즈마 스펙트럼은 레이저 파워와 분광기의 딜레이 타임을 조정해 가면서 자기장 여부에 따른 수치가 측정되었다. O I(777.42 nm), Fe I (520.447 nm), Ti I (503.649 nm), Al I (396.147 nm) 스펙트럼 분석을 통해 자기장에 의한 플라즈마의 소멸이 특정 조건에 상관없이 항상 촉진됨을 독점적으로 발견하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Most previous works about magnetic effect on plasma emission were interested in emission enhancement which was useful to various fields of plasma application. On the contrary, the following work is interested in plasma dissipation rarely reported in prior researches and expected to help advance plasma-controlling technique. Nd:YAG laser (1064 nm, 6 ns) was focused on three kinds of metals (Al, Ti and STS) and air. The permanent magnetic field (0.4 T) of Nd2Fe14B magnet was provided passing throughout laser-induced plasma. The spectra of plasma in both the presence and absence of the magnetic field were observed with varying laser power and delay time of the spectrograph. In this work it was uniquely discovered that the plasma always dissipated easily in the presence of magnetic field irrespective of the laser power. With the O I(777.42 nm)-line shape function fitted to Lorentz profile, its half width at half maximum (HWHM) was evaluated to verify that the magnetic field increased the plasma density. It is concluded that magnetic field facilitates not only plasma emission enhancement but also plasma dissipation, increasing recombination rate which is proportional to plasma density.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. Schematic view of the experiment. 그림 1. 실험 개요도
그림 Fig. 2. Emission intensity measured in 1㎲ after laser irradiation. 그림 2. 레이저 조사 1㎲ 이후 플라즈마 방전 세기
그림 Fig. 3. Spectral lines of emission measured in 11㎲ after laser irradiation. 그림 3. 레이저 조사 11㎲ 이후 Ti 방전 스펙트럼
그림 Fig. 4. Time-dependent spectral line intensity in both the presence and absence of magnetic field. 그림 4. 시간에 따른 자기장 유.무 환경에서의 방전 스펙트럼 크기 변화
그림 Fig. 5. OⅠ(777.42 nm)-lines fitted to Lorentz profile in the both presence and absence of magnetic field (Nd:YAG 1064 nm, 800 mJ, 6 ns, delay 3 ㎲). 그림 5. 로렌츠 피팅된 OⅠ(777.42 nm) 스펙트럼
표 Table 1. Configuration and HWHM of OⅠ(777.42 nm) -line. 표 1. OⅠ(777.42 nm) 데이터

참고문헌 (36)

Chrisey, D. B. & Hubler, G. K, Pulsed Laser？Deposition of Thin Films, Wiley, New York, 1994.
Zel'Dovich, Ya. B. & Raizer, Yu. P, Physics of？Shock Waves and High Temperature Hydrodynamics？Phenomenon, Academic Press, New York, 1966.
R. D. Hazeltine & J. D. Meiss, Plasma Confinement, Addison-Wesley Publishing Company, California,？1992.
P. K. Diwakar, D. W. Hahn, "Study of early？laser-induced plasma dynamics: transient electron？density gradients via thomson scattering and stark？broadening, and the implications on laser-induced？breakdown spectroscopy measurement," Spectrochimica Acta Part B. vol.63, pp.1038-1046, 2008.？DOI: 10.1016/j.sab.2008.07.003

상세보기
Virendra N. Rai, Jagdish P. Singh, Fang Y.？Yueh, and Robert L. Cook, "Study of optical？emission from laser-produced plasma expanding？across an external magnetic field," Laser and？Particle Beams. vol.21, pp.65-71, 2003.？DOI: 10.1017/S0263034603211137

상세보기
J. A. Bittencourt, Fundamentals of Plasma？Physics, Springer, New York, 2004.
K. J. Mason and J. M. Goldberg, "Characterization of a laser plasma in a pulsed magnetic field.？part II: time-resolved emission and absorption？studies," Appl. Spectrosc. vol.45, pp.1444-1455,？1991.
Hans R. Griem, Plasma spectroscopy, McGraw？Hill, New York, 1964.
V. N. Rai, M. Shukla, and H. C, "An x-ray？biplanar photodiode and the x-ray emission？from magnetically confined laser produced plasma,"？Paramana J.Phys. vol.52, pp.49-65, 1999.？https://www.ias.ac.in/article/fulltext/pram/052/01/0049-0065
H. C. Joshi, Ajai Kumar, R. K. Singh, V.？Prahlad, "Effect of a transverse magnetic field on？the plume emission in laser-produced plasma: an？atomic analysis," Spectrochimica Acta Part B.？vol.65, pp.415-419, 2010.？DOI: 10.1016/j.sab.2010.04.018

상세보기
Virendra N. Rai, Awadhesh K. Rai, Fang-Yu？Yueh, and Jagdish P. Singh, "Optical emission？from laser-induced breakdown plasma of solid？and liquid samples in the presence of a magnetic？field" Applied optics. vol.42, no.12, pp.2085-2093, 2003. DOI: 10.1364/ao.42.002085

상세보기
R. A. Multari, L. E. Foster, D. A. Cremers,？and M. J. Ferris, "Effect of sampling geometry on？elemental emissions in laser-induced breakdown？spectroscopy," Appl. Spectrosc. vol.12, pp.1483-1499, 1996. DOI: 10.1366/0003702963904593

상세보기
R. Sattmann, V. Sturm, and R. Noll, "Laser-induced breakdown spectroscopy of steel samples？using multiple Q-switch Nd:YAG laser pulses," J.？Phys. D vol.28, pp.2181-2187, 1995.？DOI: 10.1088/0022-3727/28/10/030

상세보기
L. St-Onge, M. Sabasabi, and P. Cielo, "Analysis？of solids using laser-induced plasma spectroscopy？in double-pulse mode," Spectrochim Acta Part B.？vol.53, pp.407-415, 1998.？DOI: 10.1016/S0584-8547(98)00080-9

상세보기
D. N. Stratis, K. L. Eland, and S. M. Angel,？"Effect of pluse delay time on a pre-ablation？dual-pulse LIBS plasma," Appl. Spectrosc. vol.55,？pp.1297-1303, 2001？DOI: 10.1366/0003702011953649

상세보기
Y. Ito, O. Ueki, and S. Nakamura, "Determination of colloidal iron in water by laser-induced？breakdown spectroscopy," Anal. Chim. Acta. vol.？229, pp.401-405, 1995.
Virendra N. Rai, Hansheng Zhang, Fang Y.？Yueh, Jagdish P. Singh, and Akshaya Kumar,？"Optical emission from laser-induced breakdown？plasma of solid and liquid samples in the presence？of a magnetic field," Applied Optics. Vol.42,？No.12, pp.2085-2093, 2003.？DOI: 10.1364/ao.42.002085

상세보기
Elhassan A, Giakoumaki A, Anglos D, Ingo？G, Robbiola L, Harith MA, "Nanosecond and？femtosecond laser induced breakdown spectroscopic？analysis of bronze alloys," Spectrochim Acta B.？vol.63, no.4, pp.504-11, 2008.？DOI: 10.1016/j.sab.2008.02.003

상세보기
Abdel-Salam ZA, Galmed AH, Tognoni E,？Harith MA, "Estimation of calcified tissues hardness？via calcium and magnesium ionic to atomic line？intensity ratio in laser induced breakdown spectra,"？Spectrochim Acta B. vol.62, no.12, pp.1343-7,？2007. DOI: 10.1016/j.sab.2007.10.033

상세보기
Galmed AH, Harith MA, "Temporal follow up？of the LTE conditions in aluminum laser induced？plasma at different laser energies," Appl. Phys. B？vol.91, no.3-4, pp.651-60, 2008.？DOI:10.1007/s00340-008-2971-0

상세보기
Asmaa Elhassan, Hussein M. Abd Elmoniem,？Arafa K. Kassem, Mohamed A. Hairth, "Effect of？applying static electric field on the physical？parameters and dynamics of laser-induced plasma,"？Journal of Advanced Research. vol.1, pp.129-136,？2010. DOI: 10.1016/j.jare.2010.03.004

상세보기
V. N. Rai, M. Shukla, and H. C. Pant, "Some？studies on picosecond laser produced plasma？expanding across a uniform external magnetic？field," Laser Part. Beams. vol.16, pp.431-443,？1998. DOI: 10.1017/S0263034600011265

상세보기
V. N. Rai, J. P. Singh, F. Y. Yueh, and R. C.？Cook, The 32nd AIAA Plasma Dynamics and？Lasers Conference, Anaheim, Calif., 11-14 June,？2001.
Hans R. Griem, Spectral Line Broadening by？Plasmas, Academic Press, New York and London,？1974.
David A. Cremers & Leon J. Radziemski,？Handbook of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,？John Wiley & Sons Ltd, Chichester, 2006.
C. Colon, G. Hatem, E. Verdugo, P. Ruiz,？and J. Campos, "Measurement of the Stark？broadening and shift parameters for several？ultraviolet lines of singly ionized aluminum," J.？Appl. Phys. vol.73 no.10, pp.4752-4758, 1993.？DOI: 10.1063/1.353839

상세보기
I. H. Hutchinson, Principles of Plasma？Diagnostics, Cambridge University Press, New？York, 2002.
Hans R. Griem, Principles of Plasma Spectroscopy, Cambridge University Press, Cambridge,？1997.
H. Amamoua, A. Bois, B. Ferhat, R. Redon,？B. Rossetto, M. Ripert, "Correction of the self-absorption for reversed spectral lines: application？to two resonance lines of neutral aluminium," J.？Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer vol.77, pp.？365-372, 2003.？DOI: 10.1016/S0022-4073(02)00163-2

상세보기
A. M. El Sherbini, H. Hegazy, Th. M. El？Sherbini, "Measurement of electron density utilizing？the Hα-line from laser produced plasma in air,"？Spectrochimica Acta Part B. vol.61, pp.532-539, 2006. DOI: 10.1016/j.sab.2006.03.014

상세보기
A. Escarguel, B. Ferha, A. Lesage, J. Richou,？"A single laser spark in aqueous medium," J.？Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer vol.64, pp.353-361, 2000. DOI: 10.1016/S0022-4073(99)00108-9

상세보기
T. Wujec, J. Halenka, A. Jazgara, J. Musielok,？"Calibration of the width of the NI spectral line？at 7915.42 Afor electron density determination,"？J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer vol.74,？pp.663-666, 2002.

상세보기
S. Rai, S. N. Thakur, A. K. Rai, "Identification？of nitro-compounds with LIBS," Appl. Phys. B？vol.91, pp.645-650, 2008.？DOI: 10.1007/s00340-008-3040-4

상세보기
Donald Umstadter, "Relativistic laser-plasma？interactions," J. Phys. D 36, R151-R165, 2003.？DOI: 10.1088/0022-3727/36/8/202

상세보기
M. Khaleeq-ur-Rahman, K. A. Bhatti, M. S.？Rafique, A. Latif, K. T. Chaudhary, "Magnetic？field effect on electron emission from plasma,"？Vacuum. vol.83, pp.936-941, 2009.？DOI: 10.1016/j.vacuum.2008.10.008

상세보기
A. W. Allen, M. Blaha, W. W. Jones, A. Sanchez,？and Hans R. Griem, "Stark-broadening measurement？and calculations for a singly ionized aluminum？line," Physical Review A. vol.11, no.2, 1975.？DOI: 10.1103/PhysRevA.11.477

상세보기

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증