Диссертация (Тлеющий разряд в смеси паров воды с инертными газами как источник оптического излучения), страница 13

Из второго и третьего уравнений системы (1.7) легкополучить следующее соотношение:N*OH/NOH = Z*qu[(ZOHqu + Z*qu)(A*OH OH)]–1 + neZ*OH/A*OH .(4.9)Здесь Nm, NH2O, NOH, N*OH, и NH есть концентрации метастабильных атомов аргона,молекул воды, молекул гидроксила в основном состоянии, молекул гидроксила ввозбужденном состоянии A2Σ+и атомов водорода соответственно. Остальныевеличины и константы аналогичны приведенным при описании системы уравнений(1.6).90Первое слагаемое в (4.9) связано с процессами тушения возбужденных атомоваргона молекулами воды, второе отвечает за возбуждение молекул гидроксилаэлектронами.Оценка отношения N*OH/NOH показывает, что в исследованных разрядныхусловиях оно вряд ли может быть больше единицы.

В первом слагаемом в правойчасти (1) определяющим является произведение A*OHOH, стоящее в знаменателе.Эффективная вероятностьA*OH радиационного разрушения возбужденноймолекулы OH(A2Σ+) равна ~ 106 с–1 [75, 76], что дает эффективное время жизнивозбужденного состояния ~ 10–6 с, в то время как характерное время диффузиимолекул ОН к стенкам, как показывают оценки, на два-три порядка больше [11].Результатом этого является то, что первое слагаемое в (1) в исследованныхусловиях << 1. Второе слагаемое neZ*OH/A*OH, как показывают оценки сиспользованием сечения возбуждения молекулы ОН в состояние A2Σ+[77] иизвестных концентраций электронов в сходных условиях [44], также много меньшеединицы.

Следовательно, получение инверсной заселенности всего возбужденногосостояния A2Σ+ по отношению к основному состоянию за счет тушениявозбужденных (в основном метастабильных) атомов аргона молекулами водымаловероятно.Имеется еще одна возможность получения инверсии за счет неравновесностираспределения заселенностей по колебательно-вращательным уровням молекулыОН внутри состояния A2Σ+. Во-первых, рождение возбужденных состояниймолекулы ОН в процессах тушения может давать селективное заселениеопределенных уровней вращательной структуры состояния A2Σ+и создаватьнеравновесное распределение заселенностей [78].

Во-вторых, сами уровнивращательной структуры состояния A2Σ+имеют разные, сильно отличающиеся,времена жизни по отношению к переходу 0→0 из электронно-колебательновращательного состояния A2Σ+в состояние X2П [79], и более быстрое разрушениенижних уровней состояния A2Σ+ может создать инверсию. Далее, при низкомдавлении газа, реализованном в данном эксперименте, скорость V-T релаксацииниже, чем скорость селективной накачки верхних возбужденных уровней91молекулы гидроксила возбужденными атомами аргона, что также обеспечиваетвозникновение частичной инверсии. Вопрос требует дальнейших исследований.4.5.

Выводы по гл. 4.1. Проведено экспериментальное исследование импульсно-периодическогоразряда в смеси паров воды с аргоном. Измерены напряженностьпродольного электрического поля, напряжение на электродах, изменениетока в импульсе при различной температуре стенок разрядной трубки,световая отдача положительного столба и разряда как целого при изменениитемпературы стенок и параметров импульсно-периодического разряда(частота повторении импульсов, скважность).2. Показано, что введение молекул воды в разряд с аргоном существенноизменяет временные зависимости электрических характеристик разряда (i(t),E(t), Uac(t)). Растут абсолютные значения напряжения на электродах трубки инапряженность продольного электрического поля, форма измененияпротекающего электрического тока становится менее «прямоугольной».3.

Показано, что в исследуемом диапазоне разрядных условий не удаетсядостичь заметного увеличения световой отдачи. В качестве причиныполученного отрицательного результата приводится возможное образованиеотрицательных ионов в послесвечении импульсно-периодического разряда.4. Рассмотрена возможность получения инверсной заселенности в плазмеразряда в смеси паров воды с инертными газами.92ЗАКЛЮЧЕНИЕВ результате выполнения настоящей диссертационной работы были полученыследующие основные результаты.1. На основе анализа результатов работ по исследованию плазмы разряда всмеси паров воды с инертными газами, и прежде всего моделирования такойплазмы, определены три возможных пути повышения эффективностигенерации излучения гидроксила 306.4 нм: 1) добавление более легкогоинертного газа, 2) использование катализатора, ускоряющего разложениемолекул воды на молекулу гидроксила и атомарный водород, 3) импульснопериодический способ питания разряда.2.

Рассмотрена возможность увеличения эффективности генерации УФизлучения гидроксила за счет добавки к смеси паров воды с аргоном болеелегкого инертного газа – гелия и / или неона. Модифицирована модельплазмы, предложенная для положительного столба разряда в смеси паровводы с аргоном, на случай, когда на процессы диффузии и рассеяния энергиив плазме влияет также более легкий добавленный инертный газ. Показано,что при определенных условиях увеличение эффективности генерацииультрафиолетового излучения плазмы может достигать 2-2.5 раз.

Проведенанализ соотношения между концентрациями аргона и добавленного болеелегкого инертного газа, который показывает возможность существенногопревышения давления более легкого газа над давлением аргона, что делаетвывод о существенном увеличении эффективности весьма обоснованным.3. Исследован разряд в смеси паров воды с аргоном в присутствии катализатора– диоксида титана, который ускоряет процесс разрушения молекул воды. Наоснове моделирования и экспериментальных исследований показано, чтокаталитическое разрушение молекул воды действительно существенновлияет на характеристики плазмы и при определенных условиях можетувеличить эффективность генерации излучения гидроксила 306.4 нм до двух- трех раз.934. Проведено экспериментальное исследование импульсно-периодическогоразряда в смеси паров воды с аргоном.

Обнаружено существенное влияниеувеличения концентрации молекул воды в разряде на характеристикиимпульсно-периодического разряда. Показано, что в исследуемом диапазонеразрядных условий не удается достичь заметного увеличения световойотдачи, что объясняется вероятным образованием отрицательных ионов вплазме.5. Рассмотрена возможность получения инверсной заселенности в плазмеразряда в смеси паров воды с инертными газами.94СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:1.Рохлин Г.

Н. Разрядные источники света // Энергоатомиздат. - М. - 1991. –С. 720.2.WaymouthJ.F.Electric discharge lamps // M. I. T. Press, Cambridge,Massachusetts and London, England. – 1971. - P. 340.3.Миленин В.М., Тимофеев Н.А. Плазма газоразрядных источников светанизкого давления // Изд-во ЛГУ. - Л. - 1991. – С. 240.4.Левченко В.А., Василяк Л.М., Костюченко С.В., Кудрявцев Н.Н., СвитневС.А., Шаранов Е.П. ВУФ излучение ртутного разряда при давлениибуферного газа менее 1 Торр // Успехи прикладной физики.

- № 3. – 2016. С. 256-264.5.Levchenko V. A., Vasilyak L. M., Kostyuchenko S. V., Kudryavtsev N. N., SvitnevS. A., Sokolov D. V., Shunkov Yu. E. Protective Coatings with a MixedComposition for Low_Pressure Discharge Amalgam Lamps // Surface Engineeringand Applied Electrochemistry. – 2015. - Vol. - 51. - No. 1. - P. 54–57.6.Uhrlandt D., Bussiahn R., Gorchakov S., Lange H., Loffhagen D. and Nötzold D.Low pressure mercury-free plasma light sources: experimental and theoreticalperspectives // Jour. Phys.

D. - Appl. Phys. – 2005. - Vol. 38. - Р. 3318-2225.7.Khodorkovsky M., Milenin V., Kidalov S., Timofeev N., Vul’ A. The effective lowpressure gas discharge source of optical radiation based on hydroxyl OH // Proc.XXIIIth ICPI. - Toulouse, France. - 1997, - V.3 - P.56.8.Khodorkovsky M., Milenin V., Kidalov S., Timofeev N., Vul’ A. New effectivelow-pressure gas discharge source of optical radiation using hydroxyl OH // Tech.Phys.

Let. - 1999. - V.25. - No.1. - P. 4-6.9.Khodorkovsky M., Milenin V., Kidalov S., Timofeev N., Vul’ A. Investigation ofa glow discharge in a mixture of Ar and OH // Tech. Phys. Let. – 1999. - Vol. 25.- N. 4. - P.321-323.10.ArtamonovaЕ., Artamonova T., Belyaeva A., Grobov D., Mikael D.,Khodorkovsky M., Melnikov A., Milenin V.,Murashov S., Rakcheeva L.,95Timofeev N.Low pressure water vapor discharge as a light source. 1.Spectroscopic characteristics and efficiency // Journal of Physics D - AppliedPhysics. - 2008. - Vol. 41. - № 15. - P. 155206_1-8.11.ArtamonovaЕ., Artamonova T., Belyaeva A., Mikael D., Khodorkovsky M.,Melnikov A., Milenin V., Murashov S., Rakcheeva L., Timofeev N., Zissis G.

Lowpressure water vapor discharge as a light source. 2. Electrical characteristics //Journal of Physics D: Applied Physics. – 2009. - Vol. 42. - № 17. - P. 175204_1-9.12.Petrov G. M., PetrovaTs., Ogoyski A., Blagoev A. B.Cd–Ne direct current glowdischarge: An efficient source of ultraviolet radiation // Appl. Phys. – 2000. - Lett.77. – Р. 40.13.Born M. Investigations on the replacement of mercury in high-pressure dischargelamps by metallic zinc // Journal of Physics D. Applied Physics. - Vol. 34. - № 6.14.Peng X. L., Curry J. J., Lister G. G., Lawler J. E. Radiometric efficiency of lowpressure barium discharges // J. Appl.

Phys. – 2002. – Vol. 91. – Р. 1761.15.Laski J., Lister G. G., Palmer F., Moskowitz P. E., Curry J. J. Feasibility study ofa low pressure barium discharge lamp // J. Appl. Phys. – 2002. -Vol. 91. - P. 1772.16.Giuliani J. L., Petrov G. M., Pechacek R. E., Meger R. A. Plasma study of a molyoxide-argon discharge bulb // 2003 IEEE Trans. Plasma Sci. – Vol.