Спектральный анализ сплавов Al-Ni при лазерном облучении: влияние энергии лазера на параметры плазмы

   Исследованы свойства и поведение плазмы, полученной из алюминиево-никелевых сплавов при лазерном облучении. Исследование выполнено методом оптической стимулированной эмиссионной спектроскопии. Свойства плазмы модулировались путем воздействия на целевой материал (сплав) высокоэнергетическими лазерными импульсами в диапазоне энергий от 500 до 900 мДж с использованием импульсного лазера Nd:YAG при частоте импульсов до 50 Гц. Это обеспечивает сбалансированное распределение энергии и позволяет контролировать нарастающие эффекты в плазме без сильных тепловых эффектов. Примененный метод позволяет детально изучать физические свойства плазмы, включая спектральную интенсивность излучения и связанный с ней пик излучения, исследовать различные свойства плазмы, такие как электронные температура и плотность, а также другие параметры плазмы, включая плазменную частоту, длину и число Дебая. Полученные результаты показывают, что электронные температура и плотность увеличиваются с повышением мощности лазера, причем оба эффекта достигают максимума при мощности импульсов лазера 900 мДж. Расчеты плазменной частоты и числа Дебая также демонстрируют увеличение этих двух эффектов с ростом мощности импульсов лазера. Выполненное исследование показывает, что путем изменения мощности лазера можно повысить стабильность плазмы и значительно улучшить баланс физических процессов внутри плазмы. Предложенные методы исследования могут быть полезны при анализе плазмы и иметь многочисленные медицинские, промышленные и технологические приложения.

1. Abdellatif G., Imam H. A study of the laser plasma parameters at different laser wavelengths // Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. 2002. V. 57. N 7. P. 1155–1165. doi: 10.1016/S0584-8547(02)00057-5

2. Чернышева М.В., Марек В.П., Чирцов А.С., Швагер Д.А. Компьютерное моделирование при изучении физических процессов в тлеющем разряде в воздушной смеси при низких давлениях // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2014. Т. 14, № 3. С. 140–148.

3. Jawad M.H., Abdulameer M.R. The effect of background argon gas pressure on the parameters of plasma produced by DC-glow discharge // Iraqi Journal of Science. 2023. V. 64. N 3. P. 1210–1218. doi: 10.24996/ijs.2023.64.3.17

4. Baskevicius A., Balachninaite O., Karpavicius M., Butkus S., Paipulas D., Sirutkaitis V. Monitoring of the femtosecond laser micromachining process of materials immersed in water by use of laser-induced breakdown spectroscopy // Journal of Laser Micro/Nanoengineering. 2016. V. 11. N 3. P. 381–387. doi: 10.2961/jlmn.2016.03.0018

5. Heidari A.A., Seyfi P., Khademi A., Ghomi H. Investigation of the effects of pulse repetition frequency in a mixed electric field on a SDBD-like plasma jet // Journal of Theoretical and Applied Physics. 2022. V. 16. N 1. P. 162208.

6. Вейко В.П., Скворцов А.М., Ту Х.К., Петров А.А. Лазерная абляция монокристаллического кремния под действием импульсно-частотного излучения волоконного лазера // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. T. 15. № 3. С. 426–434.

7. Aadim K.A. Spectroscopic study the plasma parameters for Pb doped CuO prepared by pulse Nd:YAG laser deposition // Iraqi Journal of Physics. 2018. V. 16. N 38. P. 1–9. doi: 10.30723/ijp.v16i38.3

8. Rashid T.M., Rahmah M.I., Mahmood W.K., Fahem M.Q., Jabir M.S., Bidan A.K., Adbalrazaq S., Jawad M.H., Awaid D.M., Qamandar M.A., Alsaffar S.M. Eco-friendly Laser Ablation for Synthesis of CNF@Au Nanoparticles: insights into enhancing NO₂ gas detection and antibacterial activity // Plasmonics. 2025. in press. doi: 10.1007/s11468-025-02874-z

9. Gondal M.A., Dastageer M.A. Elemental analysis of soils by laser-induced breakdown spectroscopy // Springer Series in Optical Sciences. 2014. V. 182. P. 293–308. doi: 10.1007/978-3-642-45085-3_11

10. Jawad M.H., Abdulameer M.R. Study the effect of external voltage on some plasma parameters produced by DC glow xenon gas discharge // AIP Conference Proceedings. 2024. V. 2922. N 1. P. 150003. doi: 10.1063/5.0183126

11. Guseva V.E., Nechay A.N., Perekalov A.A., Salashchenko N.N., Chkhalo N.I. Investigation of emission spectra of plasma generated by laser pulses on Xe gas-jet targets // Applied Physics B. 2023. V. 129. N 10. P. 155. doi: 10.1007/s00340-023-08095-8

12. Abbas Z.M., Abbas Q.A. Characterization of magnetized-plasma system induced by laser // Iraqi Journal of Physics. 2023. V. 21. N 4. P. 45–55. doi: 10.30723/ijp.v21i4.1148

13. Jawad M.H., Assi A.A., Hameed A.M. Hydrothermal synthesis of Zinc Oxide nanostructures using varied reactor designs: a comparative study // Plasmonics. 2025. in press. doi: 10.1007/s11468-025-02828-5

14. Jha V.K., Mishra L.N., Narayan B. Impact of silica seeding and discharge voltage on plasma parameters at atmospheric pressure // Journal of Theoretical and Applied Physics. 2022. V. 16. N 1. P. 162205

15. Phillips K.C., Gandhi H.H., Mazur E., Sundaram S.K. Ultrafast laser processing of materials : a review // Advances in Optics and Photonics. 2015. V. 7. N 4. P. 684–712. doi: 10.1364/AOP.7.000684

16. Aquino F.W.B., Pereira-Filho E.R. Analysis of the polymeric fractions of scrap from mobile phones using laser-induced breakdown spectroscopy: Chemometric applications for better data interpretation // Talanta. 2015. V. 134. P. 65–73. doi: 10.1016/j.talanta.2014.10.051

17. Castro J.P., Pereira-Filho E.R. Twelve different types of data normalization for the proposition of classification, univariate and multivariate regression models for the direct analyses of alloys by laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) // Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 2016. V. 31. N 10. P. 2005–2014. doi: 10.1039/C6JA00224B

18. de M. Franco M.A., Milori D.M.B.P., Boas P.R.V. Comparison of algorithms for baseline correction of LIBS spectra for quantifying total carbon in Brazilian soils // arXiv. 2018. ar Xiv:1805.03695. doi: 10.48550/arXiv.1805

19. Fikry M., Tawfik W., Omar M.M. Investigation on the effects of laser parameters on the plasma profile of copper using picosecond laser induced plasma spectroscopy // Optical and Quantum Electronics. 2020. V. 52. N 5. P. 249. doi: 10.1007/s11082-020-02381-x

20. Hanif M., Salik M., Baig M.A. Diagnostic study of nickel plasma produced by fundamental (1064 nm) and second harmonics (532 nm) of an Nd:YAG laser // Journal of Modern Physics. 2012. V. 3. N 10A. P. 1663–1669. doi: 10.4236/jmp.2012.330203

21. Ahmed N., Ahmed R., Rafiqe M., Baig M.A. A comparative study of Cu–Ni alloy using LIBS, LA-TOF, EDX, and XRF // Laser and Particle Beams. 2017. V. 35. N1. P. 1–9. doi: 10.1017/s0263034616000732

22. Lober R., Mazumder J. Spectroscopic diagnostics of plasma during laser processing of aluminium // Journal of Physics D: Applied Physics. 2007. V. 40. N 19. P. 5917. doi: 10.1088/0022-3727/40/19/021

23. Shehab M.M., Aadim K.A. Spectroscopic diagnosis of the CdO: CoO plasma produced by Nd:YAG laser // Iraqi Journal of Science. 2021. V. 62. N 9. P. 2948–2955. doi: 10.24996/ijs.2021.62.9.11

24. Кисон В.Э., Мустафаев А.С., Сухомлинов В.С. Разработка новой плазменной технологии получения чистого белого корунда // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21. № 3. С. 380–385. doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-3-380-385

25. Aadim K.A., Ahmed B.M., Khalaf M.A. Influence of Sn doping ratio on the structural and optical properties of CdO films prepared by laser induced plasma // Iraqi Journal of Physics. 2020. V. 18. N 45. P. 1–8. doi: 10.30723/ijp.v18i45.523