Кинетика электронно-возбуждённых и колебательно-возбуждённых молекул в возмущённой атмосфере (1097577), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

Расчет коэффициентов скоростей гашения электронновозбужденных триплетных и синглетных состояний молекулярногоазота в столкновениях N2–N2 и N2–О2Электронно-возбужденные молекулы N2 и O2 являются предметоминтенсивныхтеоретическихсвязанныхизлучательнымисиэкспериментальныхпроцессамивисследований,полярнойверхнейатмосфере [Cartwright et al., 1972; Vallance Jones, 1974; Cartwright, 1978;Morrill and Benesch, 1996], в свечении неба в области нижнейтермосферы и мезосферы [Broadfoot and Kendall, 1968; Шефов и др.,2006], в спрайтах в средней атмосфере над грозовыми облаками [Morrillet al., 1998; Bucsela et al., 2003], лазерной плазме и плазме газовыхразрядов [Delcroix et al., 1976; Kamaratos, 2006] и т.п. Одной измотивацийподобныхисследованийстолкновительныхмолекулярныхвозбуждениигашенииибылопроцессовмолекулизучениероливэлектронномосновныхатмосферныхсоставляющих.В первой главе на основании приближений Ландау-Зинера иРозена-Зинераполученыаналитическиевыражениядлярасчетакоэффициентов скоростей переноса энергии электронно-колебательноговозбуждения во время внутримолекулярных имежмолекулярныхквазирезонансных процессов.

Имеющиеся в научной литературе15экспериментальные данные [Bachmann et al., 1992, 1993] по скоростямпереноса электронного возбуждения с различных колебательныхуровней триплетных состояний A3u+ и W3u на уровни B3g состоянияпри столкновениях N2–N2 используются для получения необходимыхпараметров в аналитические выражения. На рис.1 проводится сравнениерезультатоваппроксимации(крестики)для14переходовA3u+,v'B3g,v с результатами измерений [Bachmann et al., 1992, 1993].o2(A )Рис.1.Сравнениерезультатоврасчетов (крестики) сечений для 141.0A3u+,vB3g,v'переходовсрезультатами измерений (квадраты итреугольники) [Bachmann et al., 1992,1993].0.105001000|EA,vEB,v'| (см1)1500Предложенная методика применяется для расчета коэффициентовскоростейгашениятриплетныхисинглетныхэлектронно-возбужденных состояний молекул азота в столкновениях N2–N2 и N2–О2, когда вторая молекула находится в основном электронномсостоянии X1g+(N2) или X3g(O2) на нижнем колебательном уровнеv=0.Приэтомрассмотренымежмолекулярныепроцессыкаквнутримолекулярные,переносаэнергиитакиэлектронноговозбуждения.

Проведено сравнение рассчитанных коэффициентов сэкспериментальнымиданнымииполученоудовлетворительноесогласие для триплетных A3u+, B3g и синглетных a'1u, a1gсостояний молекулярного азота.16Нарис.2рассчитанныеконстантыскоростейгашенияN2(A3u+,v=2–23) молекулой азота для температуры Т=300оК с учетомвсех внутримолекулярных и межмолекулярных процессов сравниваютсяс экспериментально измеренными значениями [Dreyer and Perner, 1973].k, см3с-1Рис.2.10-11Рассчитанныескоростейгашения23)+N210константыN2(A3u+,v=2–(сплошнаялиния)-13сравниваютсясэксперименталь-ными значениями [Dreyer and Perner,10-1501973] (крестики); вклад внутримоле5101520Колебательные уровникулярных процессов – штрихи.25Рис.3.Рассчитанныеконстантыскоростей гашения N2(A3u+,v=0–23)+О2k, см3с-1(сплошная10-11линия)сравниваютсяэкспериментальнымисзначениями[Dreyer et al., 1974] (кружки), [Piper,10-131981] (треугольники),Kaufman,10-1501985][Thomas and(крестики),[DeBenedictis and Dilecce, 1997] (квадраты);5101520Колебательные уровнивклад внутримолекулярных процессов –25короткиештрихи,вкладпроцессадиссоциации – длинные штрихи.Нарис.3рассчитанныеконстантыскоростейгашенияN2(A3u+,v=0–23) молекулой кислорода для температуры Т=300оК сучетом всех внутримолекулярных и межмолекулярных процессовсравниваются с экспериментально измеренными значениями [Dreyer et17al., 1974; Piper, 1981; Thomas and Kaufman, 1985; De Benedictis andDilecce, 1997].

Также здесь приведены вклады внутримолекулярныхпереносовипроцессадиссоциациивскоростигашенияметастабильного азота.Глава 2. Особенности процессов взаимодействия электронновозбужденных молекул азота и кислорода в условиях лабораторного разряда и активной среды кислородно-иодного лазераМолекулярный кислород в первом и втором электронновозбужденных состояниях a1g и b1g+ (синглетный кислород) являетсяважным компонентом активной среды кислородно-иодного лазера(КИЛ). Из-за быстрого ЕЕобмена энергией степень колебательноговозбуждениямолекулкислородаО2(X3g),О2(a1g),О2(b1g+)практически одинакова [Азязов и др., 2003; Antonov et al., 2003a, 2003b].Поэтому дальнейшие исследования активной среды КИЛ требуютзнаний как констант взаимодействия триплетного и синглетногокислорода при неупругих столкновениях, так и квантовых выходовтаких взаимодействий.

Исследования колебательной кинетики молекулазота на стадиях горения и послесвечения импульсного разряда[Верещагинидр.,1997],определение функциираспределенияэлектронов и поступательной температуры молекул в тлеющем разряде[Шахатов и Гордеев, 2005] указывают на необходимость учетасинглетных (и триплетных) электронно-возбужденных состояний причисленном описании плазмохимических процессов.

Экспериментальноеитеоретическоеисследованиеролиэлектронно-возбужденныхтриплетных состояний N2(А3u+), N2(В3g), N2(С3u) в плазме газовых18разрядов с участием азота проводилось в работах [Попов, 1994, 2009;Шахатов и Лебедев, 2008; Лебедев и др., 2010].Во второй главе рассчитанные коэффициенты скоростей гашениятрех синглетных и четырех триплетных состояний молекулярного азотав столкновениях с молекулами N2 и О2 используются при исследованиивлияния столкновительных процессов на населенности колебательныхуровней электронно-возбужденных N2(a1g) и N2(A3u+) молекул дляусловий лабораторного разряда в смеси газов N2 и O2 при содержаниимолекулярного кислорода от 0 до 20% и при давлениях от 1 до 1000 Па.Показано, что молекулярные столкновения вызывают изменения вотносительных населенностях колебательных уровней этих состояний ив отношениях интенсивностей ультрафиолетовых полос молекулярногоазота с ростом давления и содержания О2. Впервые показано, чтораспределение населенностей семи колебательных уровней v=06синглетного состояния a1g в условиях лабораторного разряданезначительноизменяетсясростоматмосферногодавления.Аналогичные расчеты в атмосфере чистого азота указывают назначительныйростотносительныхнаселенностейдлянижнихколебательных уровней v=02 этого состояния с ростом давления.Для A3u+ состояния наблюдается хорошее согласие рассчитанныхнаселенностей с экспериментальными оценками в смеси N2O2,имеющимисявнаучнойлитературе.Рассчитанныеиэкспериментальные относительные населенности для колебательныхуровней v=48 триплетного метастабильного состояния N2 показываютрост с увеличением содержания O2 (рис.4).19Относительные населенностиРис.4.100Рассчитанныенаселенности1-20% O2относительныеA3u+состоянияприсодержании О2 20%, 5%, 1% (сплошнаялиния,10-1штрихи,штрих-пунктиры,соответственно) при давлении 10 Пасравниваются с экспериментальными10-2измерениями [Dilecce and De Benedictis,1999] при давлении 13.3 Па и тех же10-305Колебательные уровни10значениях содержания О2 (крестики,треугольникииквадраты,соответ-ственно).Рис.5.

Рассчитанные константыk, см3с-110-10скоростей гашения процессаО2(a1g,v=120)+О2 при Т=300 К10-12(сплошная линия) и 155 К (штриховаялиния) сравниваются с10-1410-160экспериментальными значениями[Hwang et al., 1998] (300 К) –5101520Колебательные уровниНаоснованииквадраты, [Amaral et al., 2002; Slangerand Copeland, 2003] (155 К) – точки.имеющихсявнаучнойлитературеэкспериментальных данных о значениях коэффициентов скоростейгашенияО2(b1g+,v=13)температурахоцененыоснованныхнамолекулойкислородапараметрыприближениидляприразличныханалитическихРозена-Зинера,формул,позволяющихрассчитывать константы гашения синглетного кислорода. РассчитанныеконстантыгашенияО2(b1g+,v=115)иО2(a1g,v=120)(рис.5)невозбужденной молекулой кислорода для температур Т=300 и 155 Кпоказывают хорошее согласие с экспериментальными данными.ИсследованыосновныеканалыО2(a1g,v=020)гашенияО2(b1g+,v=015) колебательно-возбужденнойимолекулой кислородаO2(X3g,v=14).

Полученные константы могут быть использованы приисследовании состава активной среды кислородно-иодного лазера.Проведен расчет скоростей образования N2(B3g,v=012) иN2(A3u+,v=023) при столкновении молекул метастабильного азотаN2(A3u+) с N2(X1g+), когда распределение по колебательным уровняммолекулN2(X1g+)вразряденапоминаетмодифицированноераспределение Тринора. Результаты расчетов наглядно показали, чтоколебательное возбуждение молекулы-мишени N2(X1g+) значительноускоряетпротеканиемежмолекулярныхпроцессовпереносаэлектронного возбуждения при столкновениях с метастабильнымимолекулами N2(A3u+) для условий оранжевого послесвечения.Глава 3. Электронная кинетика молекул кислорода на высотахночного свечения неба планет земной группыПолосы систем Герцберга I (переход A3u+X3g) и Чемберлена(переходA'3ua1g)молекулярногокислородаявляютсядоминирующими в диапазоне длин волн 250-500 нм спектра излученияночной верхней атмосферы Земли [Broadfoot and Kendall, 1968; Шефови др., 2006].

Характеристики

Список файлов диссертации