Двухзонная модель лазерно-индуцированной плазмы

Реализован алгоритм моделирования плазмы в приближении двухзонного источника и его сопряжение с библиотекой NLopt для проведения многопараметрической оптимизации. Для совместной работы алгоритма моделирования спектров и библиотеки NLopt реализована прослойка абстракции, выполняющая инициализацию обеих библиотек в одно действие, рассчитывающая функцию потерь заданного вида и передачу ее значения алгоритму оптимизации. Корректность совместной работы этих алгоритмов проверена на модельных данных: достигается сходимость к значениям параметров плазмы, использованных для получения тестового синтетического спектра. Алгоритм CRS2-LM позволяет добиться самой быстрой сходимости к исходному спектру, поэтому его применяли для аппроксимации экспериментальных спектров. Показано, что использование двухзонной модели позволяет корректно описывать как ионные, так и атомные линии, в том числе подверженные самообращению при испарении алюминиевых сплавов, при этом методы “слепой” оптимизации функции потерь пригодны для оценки температуры и электронной плотности в лазерноиндуцированной плазме по ее спектрам.

1. C. Fabre, S. Maurice, A. Cousin, R. C. Wiens, O. Forni, V. Sautter, D. Guillaume. Spectrochim. Acta B, 66 (2011) 280—289

2. A. Cousin, V. Sautter, C. Fabre, G. Dromart, G. Montagnac, C. Drouet, P.Y. Meslin, O. Gasnault, O. Beyssac, S. Bernard, E. Cloutis, O. Forni, P. Beck, T. Fouchet, J. R. Johnson, J. Lasue, A. M. Ollila, P. De Parseval, S. Gouy, B. Caron, J. M. Madariaga, G. Arana, M. Bo Madsen, J. Laserna, J. Moros, J. A. Manrique, G. Lopez-Reyes, F. Rull, S. Maurice, R. C. Wiens. Spectrochim. Acta B, 188 (2022) 106341

3. B. Thornton, T. Takahashi, T. Sato, T. Sakka, A. Tamura, A. Matsumoto, T. Nozaki, T. Ohki, K. Ohki. Deep-Sea Res. I, 95 (2015) 20—36

4. R. Noll, C. Fricke-Begemann, S. Connemann, C. Meinhardt, V. Sturm. J. Anal. At. Spectrom., 33 (2018) 945—956

5. K. Leosson, S. K. Padamata, R. Meirbekova, G. Saevarsdottir, S. H. Gudmundsson. Spectrochim. Acta B, 190 (2022) 106387

6. E. Tognoni, G. Cristoforetti, S. Legnaioli, V. Palleschi. Spectrochim. Acta B, 65 (2010) 1—14

7. S. Merk, A. Demidov, D. Shelby, I. Gornushkin. Appl. Spectrosc., 67 (2013) 851—859

8. S. Eschlböck-Fuchs, A. Demidov, I. B. Gornushkin, T. Schmid, R. Rössler, N. Huber, U. Panne, J. D. Pedarnig. Spectrochim. Acta B, 123 (2016) 59—67

9. S. V. Shabanov, I. B. Gornushkin. Spectrochim. Acta B, 100 (2014) 147—172

10. E. Tognoni, G. Cristoforetti, S. Legnaioli, V. Palleschi, A. Salvetti, M. Mueller, U. Panne, I. Gornushkin. Spectrochim. Acta B, 62 (2007) 1287—1302

11. P. Yaroshchyk, D. Body, R. J. S. Morrison, B. L. Chadwick. Spectrochim. Acta B, 61 (2006) 200—209

12. K. K. Herrera, E. Tognoni, I. B. Gornushkin, N. Omenetto, B. W. Smith, J. D. Winefordner. J. Anal. At. Spectrom., 24 (2009) 426—438

13. S. M. Zaytsev, A. M. Popov, T. A. Labutin. Spectrochim. Acta B, 158 (2019) 105632

14. J. Hermann, A. Lorusso, A. Perrone, F. Strafella, C. Dutouquet, B. Torralba. Phys. Rev. E, 92 (2015) 053103

15. P. B. Hansen, S. Schröder, S. Kubitza, K. Rammelkamp, D. S. Vogt, H.-W. Hübers. Spectrochim. Acta B, 178 (2021) 106115

16. J. Richter. In: Plasma Diagnostics, Ch. 1, Ed. W. Lochte-Holtgreven, New-York, AIP Press (1995)

17. H. R. Griem. Principles of Plasma Spectroscopy, Cambridge University Press (1997)

18. S. G. Johnson. The NLopt Nonlinear-Optimization Package эл. ресурс., http://ab-initio.mit.edu/nlopt

19. D. R. Jones, C. D. Perttunen, B. E. Stuckman. J. Optim. Theor. Appl., 79 (1993) 157—181

20. W. L. Price. J. Optim. Theor. Appl., 40 (1983) 333—348

21. P. Kaelo, M. M. Ali. J. Optim. Theor. Appl., 130 (2006) 253—264

22. A. Kramida, Yu. Ralchenko, J. Reader. NIST Atomic Spectra Database, ver. 5.10 Online., https://physics.nist.gov/asd 2023, May 22]. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD (2023), doi: 10.18434/T4W30F

23. R. Fantoni, S. Almaviva, L. Caneve, F. Colao, A. M. Popov, G. Maddaluno. Spectrochim. Acta B, 87 (2013) 153—160