Автореферат (1097946), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

Глава 2 посвящена развитию одной из составляющихуровневой полуэмпирической СИМ азотной НТП - вычислительного модуля для обработки имодели расчета эмиссионных спектров газовых разрядов (рис.1). Исследованы спектральныйсостав излучения и определены распределения энергии по поступательным и внутреннимстепеням свободы и концентраций возбужденных частиц в пространственно-неоднородныхгазовых разрядах в азоте и азотосодержащих смесях.В параграфе 2.1 предложен новый подход в обработке и моделировании спектровиспускания НТП. Выполнена селекция атомных линий и молекулярных полос для диагностикипоступательной температуры Tg в газовых разрядах.

С помощью нового подхода, впервые,21определена Tg и исследованы ФРВУ и ФРКУ: молекулы азота в основном X 1 g ивозбужденном C 3 u состояниях, иона молекулы азота в B 2u состоянии в СВЧ разряде,возбуждаемого в прямоугольном резонаторе в азоте; молекулы азота N 2 в основном X 1 g ивозбужденных C 3 u , B 3 g состояниях, а также иона молекулы азота N 2 в состоянии B 2u вТРПТ и СВЧ разряде, возбуждаемого вблизи электрода-антенны в азоте, а также в смесях азотас гелием ( N 2  He ) и водородом ( N 2  H 2 ); молекулы азота N 2 , иона молекулы азота N 2 имолекулы гелия He2 в возбужденных состояниях C 3 u , B 2u и D1u , d 3u , соответственно, вотрицательном коронном разряде в гелии He с малой примесью N 2 ; молекулы азота N 2 ициана CN в возбужденных состояниях C 3 u и B 2 , соответственно, на стадии электрическогопробоя в системе электродов остриё-плоскость в жидком азоте.

Вычислительный модуль дляобработки и моделирования спектров испускания НТП, состоит из: базы данных излучательныххарактеристик атомов (водорода, гелия) и двухатомных молекул (гелия, азота, углерода, циана,иона азота), а также спектров испускания, измеренных в различных газовых разрядах ипослесвечении. Он включает компьютерные коды для обработки и моделирования спектровиспускания атомов гелия и водорода, переходов N2  C 3u  B3 g  , N2  B3 g  A3u  , и триплетнойN2 B 2u  X 2g , фиолетовой системы молекулы циана CN ( B2  X 2) , синглетнойHe2 D1u  B1 gHe2 (d 3u  b3 g ) систем молекулы гелия, а также системыСвана молекулы углерода. При обработке и моделировании спектров используются методынеразрешенной вращательной и частично разрешенной колебательной структуры, методыабсолютных и относительных интенсивностей, метод обращения Абеля.

Отличительнаяособенность предложенного подхода от используемых коммерческих программ для расчета иобработки спектров испускания невысокого спектрального разрешения, заключается в том, чтоне требуется использовать предварительные предположения о характере распределениязаселенностей по энергетическим уровням возбужденных частиц. В предложенном подходедопускается: определение набора температур возбуждения, соответствующих различнымгруппам вращательных и колебательных чисел излучающих электронно-возбужденныхсостояний двухатомных молекул; использование уровневой полуэмпирической СИМ азотнойНТП, развитой в диссертации, для определения заселенностей по колебательным уровняммолекулы и иона молекулы азота в электронно-возбужденных состояниях.В параграфе 2.2 диссертации приведены результаты спектральных исследованийразрядов постоянного тока, ВЧ и СВЧ разрядов в азоте.

Описываются созданные авторомдиссертации установки для исследований разрядов постоянного тока и безэлектродного ВЧ22разряда индуктивно-емкостного типа методами ЭС. Установки для исследований СВЧразрядов, возбуждаемых в прямоугольном резонаторе и вблизи электрода-антенны, созданыколлегами из лаборатории «Плазмохимии и физикохимии импульсных процессов» Институтанефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН (г. Москва, Россия). Ими же выполненыисследования распределения интенсивностей в спектрах испускания резонаторного СВЧразряда методами ЭС. Обработка спектров испускания резонаторного СВЧ разряда выполненаавтором диссертации.

Исследование электродного СВЧ разряда методами ЭС и обработкарезультатов измерений спектров испускания выполнено при участии автора диссертации.Результаты исследований разрядов постоянного тока, ВЧ и СВЧ разрядов в азоте сравниваютсяс результатами, полученными методами ОИ и спектроскопии КАРС.Установлено, что в разрядах постоянного тока, в приэлектродной области СВЧ разряда,возбуждаемого вблизи электрода-антенны, в ВЧ и в резонаторном СВЧ разряде в азоте ФРВУмолекулы азота в состоянии C3 Π u подчиняются распределению Больцмана. В разрядахпостоянного тока и электродном СВЧ разряде в азоте этот вывод справедлив для ФРВУмолекулы азота в состоянии B3 Πg .

В резонаторном и электродном СВЧ разрядах распределениезаселенностей по вращательным уровням электронного состояния B2 u иона молекулы азотатакже удовлетворительно описываются формулой Больцмана. В разрядах постоянного тока(3.5–30 Тор), вращательные температуры Trot  C3 Πu  и Trot  B3Πg  , соответствующие ФРВУмолекулы азота в состояниях C3 Π u и B3 Πg , находятся в удовлетворительном согласии свращательной Trot  X1g и поступательной Tgтемпературами, измеренными методамиспектроскопии КАРС и ОИ (таблица). В прикатодной области ТРПТ при низких давленияхтемпературы Trot  B 2u  и Trot  C3 Πu  , Trot  B3Πg  различаются. Состояния C3 Π u и B3 Πgмолекулы азота могут быть использованы для диагностики Tg разрядов постоянного тока вазоте.

Поступательная температура, измеренная в безэлектродном ВЧ разряде индуктивноемкостного типа в азоте на оси разрядной кюветы при низких давлениях (  1 Тор), составляет95050 К. Это свидетельствует о том, что её величина при средних давлениях (  20 Тор)заметно больше, чем в пристеночной области 460–540 К (таблица). Это подтверждаетполученный ранее вывод о неоднородном пространственном распределении параметровразряда по сечению кюветы. В резонаторном СВЧ разряде и приэлектродной области СВЧразряда, возбуждаемого вблизи электрода-антенны, в азоте (при давлении  15 Тор),измеренные Trot  C 3u  , Trot  B3 g  и Trot  B 2u  молекул в состояниях C 3 u , B3 g и B 2u ,соответственно, совпадают (таблица, рис.6).

Вращательные температуры удовлетворительно23согласуются с поступательной температурой Tg , рассчитанной из уравнения теплопроводности.Состояния C3 Π u и B3 Πg молекулы и B 2u иона молекулы азота могут быть использованы длядиагностики поступательной температуры в СВЧ разрядах в азоте. Показано, что врезонаторном СВЧ и ВЧ разрядах в азоте ФРКУ молекулы азота в состоянии C3Π u отличаетсяот больцмановского распределения.

В резонаторном СВЧ разряде и в приэлектродной областиСВЧ разряда в азоте, возбуждаемого вблизи электрода-антенны, это наблюдается для ФРКУиона молекулы азота в состоянии B2 u . Отклонение от больцмановских распределенийобусловлено вкладом вторичных процессов в заселение колебательных уровней состоянийB2 u и C3 Π u . В разрядах постоянного тока и в приэлектродной области СВЧ разряда,возбуждаемого вблизи электрода-антенны, в азоте ФРКУ молекулы азота в состоянии C3 Π uподчиняются распределению Больцмана. В обоих разрядах колебательные температурывозбуждения Tv  C3 Πu  соизмеримы и лежат в диапазоне 4000–6300 К.

Температура Tv  C3 Πu CCслабо зависит от давления (1–15 Тор). Измеренные абсолютные значения концентрациймолекулы азота для уровней vC =0–4 состояния C 3  u в разрядах постоянного тока иэлектродном СВЧ разряде (при низких давлениях 1.0–9.5 Тор), изменяются в диапазонах 105–109 см-3 и 6×108–4×109 см-3, соответственно. В разрядах постоянного тока и в приэлектроднойобласти СВЧ разряда, возбуждаемого вблизи электрода-антенны, в азоте ФРКУ ( v B =3–12)молекулы азота в состоянии B3 Πg отличается от больцмановской. Для уровней v B =5–12 онаописывается формулой Больцмана. Колебательная температура возбуждения TvB  B3Πg  ,соответствующая группе уровней v B =5–12, в разрядах постоянного тока составляет 4900–5230К.

Она меньше, чем TvB  B3Πg  , измеренная в СВЧ разряде 7200±800 К. В обоих разрядах,TvB B3Πgне зависит от давления (1–15 Тор). Для температур возбуждения, характеризующихФРВУ и ФРКУ нейтральной и ионизованной молекулы азота в возбужденных C3 Π u , B3 Πg ,B 2u и основном X1Σ g+ состояниях в разрядах постоянного тока, резонаторном СВЧ разряде иприэлектродной области СВЧ разряда, возбуждаемого вблизи электрода-антенны, в азотесправедлива следующая иерархия Tv  B3Π g   Tv  C3 Πu  > Tv  X1Σg+   Trot  B 2u   Trot  C3Π u BC= Trot  B3Π g  = Trot  X1Σg+  = Tg .В диссертации, впервые, исследовано влияние компонентного состава НТП наспектральный состав излучения, Tg , ФРВУ и ФРКУ в состояниях B 2u иона молекулы азота,24C 3 u и B3 g молекулы азота в ПС и приэлектродной области ТРПТ, а также в приэлектроднойобласти СВЧ разряда, возбуждаемого вблизи электрода-антенны, в смесях He  N 2 и H 2  N2при низких давлениях.В параграфе 2.3 установлено, что при низких давлениях, в ПС ТРПТ и приэлектроднойобластиСВЧразряда,возбуждаемоговблизи-электродаантенны,всмесиHe  N2спектральный состав излучения газовых разрядов зависит от процентного содержания гелия иазота в смеси He  N 2 при постоянном значении давления и расхода азота.

Характеристики

Список файлов диссертации