Кинетика электронно-возбуждённых и колебательно-возбуждённых молекул в возмущённой атмосфере (1097577)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиКириллов Андрей СерафимовичКИНЕТИКА ЭЛЕКТРОННО-ВОЗБУЖДЕННЫХИ КОЛЕБАТЕЛЬНО-ВОЗБУЖДЕННЫХ МОЛЕКУЛВ ВОЗМУЩЕННОЙ АТМОСФЕРЕСпециальности:25.00.29 – физика атмосферы и гидросферы01.04.17 – химическая физика, горение и взрыв,физика экстремальных состояний веществаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степенидоктора физико-математических наукАпатиты - 2013Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетномучреждении науки Полярном геофизическом институте Кольскогонаучного центра Российской Академии наукОфициальные оппоненты:Попов Николай Александровичдоктор физико-математических наук,Научно-исследовательскийинститутядернойфизикиимениД.В. Скобельцына Московского государственного университета имениМ.В.

Ломоносова, ведущий научный сотрудникФилиппов Борис Петровичдоктор физико-математических наук,Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институтземного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн имениН.В. Пушкова Российской Академии наук», заведующий лабораториисолнечной активностиШвед Густав Моисеевичдоктор физико-математических наук,профессор кафедры физики атмосферы физического факультетаСанкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ)Ведущая организация:Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институткосмических исследований Российской Академии наук»Защита состоится «20» февраля 2014 г.

в 16 часов на заседаниидиссертационного совета по геофизике Д 501.001.63 при МГУ имениМ.В. Ломоносова по адресу:119992, г. Москва, Ленинские горы, МГУ, физический факультет, ЮФАС диссертацией можно ознакомиться в научной библиотекеимени М.В. Ломоносова (Ломоносовский просп., д.27).Автореферат разосланМГУ«___» декабря 2013 годаУчёный секретарьДиссертационного Совета Д 501.001.632Смирнов В.Б.I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫЭлектронная и колебательная кинетика молекул - один из разделовфизико-химическойраспределениекинетики,молекулкоторый·поихизучаетнеравновесноеэлектронно-возбужденнымиколебательно-возбужденным состояниям и временную эволюцию этихраспределений в процессе релаксации.

Изучение электронной иколебательной кинетики связано с исследованиями в таких областях какквантовая электроника, плазмохимия и лазерная химия, газодинамика,физика атмосферы. Под действием возмущения в газовой среде(солнечные фотоны, авроральные частицы, разряд, высокоэнергичныепротоны в полярной шапке и т.п.) молекулы могут накапливатьвнутреннюю энергию в достаточных количествах, чтобы значительноизменить скорости реакций молекулярных составляющих с другимикомпонентами атмосферы.

Это, в свою очередь, может приводить кпротеканиюселективныхреакций,приводящихкхимическим,тепловым, излучательным изменениям в газовых средах.Как известно, энергия вторгающихся в верхнюю атмосферусолнечных сверхтепловых частиц идет на диссоциацию, ионизацию,возбуждение различных степеней свободы составляющих ионосфернойплазмы.

Дополнительный приток энергии за счет таких частиц приводитк активизации реакций с участием основных и малых составляющихверхнейатмосферы.Этовсвоюочередьможетпривестиксущественному росту концентраций малых составляющих верхнейатмосферы. Через сложный цикл фотохимических превращенийсолнечнаяэнергия(фотонов,электронов,протонов)можетнакапливаться во внутренних степенях свободы атомов и молекул ислужить источником многих атмосферных эмиссий, дополнительным3резервуаром тепловой энергии для ионосферы и вызывать тем самымизменение инфракрасного и теплового баланса атмосферы.Всвязисвзаимодействияпоявлениеммеждуновыхкомпонентамиданныхобособенностяхионосфернойплазмыавроральной верхней атмосферы, высокоширотной средней атмосферы,среды лабораторного разряда, активных сред лазеров и т.п.

растет кругрешаемых задач в химической кинетике газовых сред. Кроме того,анализ особенностей протекания химических реакций в смеси газовпозволяет выделить основные, которые необходимо учитывать прирассмотрении электронной и колебательной кинетики для различныхобластей атмосфер планет земной группы, ионосферы Земли, различныхгазовых смесей в лабораторных условиях во время упомянутыхвозмущений.Актуальностьпроблемы.Практическаянеобходимостьглубокого понимания физико-химических процессов в атмосферахпланет земной группы, ионосфере Земли, в активной среде смеси газовво время лабораторных экспериментов привели к интенсивнымтеоретическимиэкспериментальнымисследованиямскоростейэлементарных процессов с участием возбужденных молекул.

Известно,что проблема теоретического описания и выяснения основныхмеханизмов многообразных физико-химических процессов в смесигазов является одной из ключевых в химической физике и физическойхимии атмосферы во время возмущений. При решении даннойпроблемы важно, чтобы предлагаемые теоретические методы былиточны и универсальны, что позволило бы их применение к различнымсмесям молекулярных газов и различной степени возмущения.4Исследования аэрономических процессов в условиях возбуждениявнутренних степеней свободы атмосферных составляющих даютнаучное понимание особенностей химической кинетики плазмы газовыхсмесей, ее связи с внутренним возбуждением атомных и молекулярныхсоставляющих, излучением ими различных линий и полос. Анализэкспериментальных данных по свечению атмосферных компонентов,состававерхнейатмосферыпозволяетоцениватьскоростивзаимодействия элементарных частиц, их зависимость от степенивнутреннеговозбужденияреагентов.Крометого,регистрацияинтенсивностей ультрафиолетовых, видимых, инфракрасных полосэлектронно-возбужденныхиколебательно-возбужденныхмолекулпозволяет проводить дистанционную диагностику состава удаленныхатмосфер (смесей газов), степени их возмущения различными потокамиэлектромагнитного излучения или частиц.Поскольку концентрации частиц в верхней атмосфере значительноменьше, чем в лабораторных условиях, и отсутствуют так называемые“пристеночные эффекты”, экспериментальные данные, полученные соспутников, ракет и т.п., априори могут не содержать вклады отразличных побочных эффектов, от которых в лабораторных условиях неудается избавиться.

Тем самым подчас значительно облегчается анализпроведенных измерений и понимание особенностей реакций междукомпонентами ионосферной плазмы в условиях слабых и сильныхвозмущений.Предмет исследований. Диссертационная работа посвященапостроению детальной модели кинетики электронно-возбужденныхмолекул N2 и О2 в смеси газов N2, О2, СО, СО2, О. Поэтому предметомисследованийнастоящейработы5являютсяхимическийсостав,излучениемолекулярныхполос,различныеплазмохимическиепроцессы с участием электронно-возбужденных и колебательновозбужденных молекул в высокоширотной верхней атмосфере Земли вовремя авроральных возмущений, в верхних атмосферах планет земнойгруппы (Венеры и Марса) на высотах свечения ночного неба, вактивной среде лабораторного разряда. Для этих исследованийиспользуется метод математического моделирования.Цель настоящей работы состоит в детальном исследованиимеханизмовэлектронно-колебательноговозбужденияигашениямолекулярных составляющих верхней атмосферы Земли во времяавроральных возмущений, в атмосферах планет земной группы навысотах свечения ночного неба, скоростей атомно-молекулярныхпроцессов, зависимости химической кинетики и интенсивностейизлученияатмосферыотстепениэлектронно-колебательноговозбуждения молекул.

В связи с этим, выделяются следующиеосновные задачи:1. Разработка теоретической методики расчета констант гашения иквантовых выходов продуктов неупругого взаимодействия электронновозбужденныхиколебательно-возбужденныхмолекулазотаикислорода для различных синглетных и триплетных состояний данныхмолекул при столкновениях с невозбужденными и колебательновозбужденными молекулами N2, О2, СО, СО2.2. Разработка детальной модели электронной кинетики молекул N2и О2 в авроральной верхней атмосфере, где для каждого колебательногоуровня рассматриваемых синглетных и триплетных электронновозбужденных состояний учитываются как процессы гашения, так иобразования при неупругих молекулярных столкновениях.

При этом6разработанная модель должналегко обобщаться инаслучайисследования особенностей электронной кинетики молекул в смесигазов при лабораторных условиях.3.Разработкадетальноймоделиэлектроннойкинетикимолекулярного кислорода в верхних атмосферах планет земной группына высотах свечения ночного неба.

При этом модель должна учитыватьдоминирование в смеси как молекул N2 и О2 (аналог атмосферы Земли),так и молекул углекислого газа СО2 (аналог атмосфер Венеры и Марса).4.Исследованиеособенностейэлектронно-возбужденныхмолекулнеупругогопривзаимодействиястолкновенияхсневозбужденной и колебательно-возбужденной молекулой-мишенью,включающее анализ вклада различных процессов внутримолекулярногои межмолекулярного переноса электронного возбуждения, квантовыхвыходов продуктов взаимодействия.5. Исследование влияния электронно-возбужденных молекул N2 иО2 на колебательную кинетику этих молекул при давлениях, когдастолкновительные времена жизни в смеси становятся сравнимыми илименьше излучательных времен жизни и столкновительные неупругиепроцессы становятся доминирующими в образовании колебательновозбужденных молекул N2(X1g+,v>0) и О2(X3g,v>0).Научная новизна работы состоит в следующем:1.

Впервые разработана эффективная полуэмпирическая методикарасчета коэффициентов гашения электронно-возбужденных триплетныхи синглетных состояний молекулярного азота и молекулярногокислорода при столкновениях с N2, О2, СО, СО2 молекулами,основанная на квантово-химических приближениях Ландау-Зинера иРозена-Зинера, которая позволила рассчитать необходимый набор7констант для семи (A3u+, B3g, W3u, B'3u, a'1u, a1g, w1u)состояний N2 и пяти (a1g, b1g+, c1u, A'3u, A3u+) состояний О2.Сравнение рассчитанных констант с экспериментальными данными,имеющимися в научной литературе, показывает хорошее согласие длямногих состояний молекул N2 и О2 как в зависимости от колебательногоуровня, так и от температуры.2. Впервые разработана детальная модель электронной кинетикитриплетныхисинглетныхсостояниймолекулярногоазотавлабораторном разряде с участием высокоэнергичных электронов, когдаучитываются как процессы гашения, так и образования при неупругихмолекулярныхстолкновениях.Исследованыраспределенияметастабильных состояний A3u+ и a1g по колебательным уровням всмеси газов N2 и О2 (при содержании О2 от 0% до 20% в смеси) придавлениях 1-1000 Па.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации