Автореферат (1097946), страница 6

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

Текст из файла (страница 6)

В обоих разрядах, сростом процентного содержания гелия интенсивности полос N2  C3Πu  B3Πg  монотонноуменьшаются. Поведение интенсивностей полос N2  B 2u  X 2g  и N2  B3Πg  A3Σ u+  взависимости от компонентного состава смеси в разрядах различается: в ПС ТРПТинтенсивности полос N2 B3Πg  A3Σu+и N2 B 2u  X 2gмонотонно увеличиваются сростом процентного содержания атомарного гелия в смеси He-N2 ; в приэлектродной областиСВЧ разряда интенсивности полос N2 B3Πg  A3Σu+и N2 B 2u  X 2gпри малыхрасходах гелия испытывают рост, а при высоких уменьшаются.

Моделирование спектровизлучения N2  C 3u  B3 g  , N2  B3 g  A3u  и N2  B 2u  X 2g  в предположениибольцмановского распределения молекулы азота и иона молекулы азота по вращательнымуровням удовлетворительно описывают измеренные спектры испускания в ПС ТРПТ иприэлектродной области СВЧ разряда в смеси He  N 2 . Температуры Trot  B 2u  , Trot  B3 g  иTrot  C 3 u  в приэлектродной области СВЧ разряда не зависят от компонентного состава смесиHe  N2 и совпадают в пределах погрешности 480–500 (  100 К).

В ПС ТРПТ температурыTrot  C 3u  и Trot  B3 g  не зависят от компонентного состава и совпадают в пределахпогрешности 700–720 (  80 К). Температура Trot  B 2u  зависит от расхода гелия припостоянных давлении смеси газа и силы тока в разряде: при малых расходах Trot  B 2u совпадает с Trot  C 3u  и Trot  B3 g  ; при увеличении расхода Trot  B 2u  больше, чемTrot  C 3u  и Trot  B3 g  . Подобное различие в значениях вращательных температур Trot  B 2u  ,Trot  C 3u  и Trot  B 2  наблюдалось в отрицательном коронном разряде в смеси He  N 2 и настадии пробоя в жидком азоте (параграф 2.4).

Температуры Trot  C 3u  и Trot  B3 g  в ТРПТ иприэлектродной области СВЧ разряда равны Tg . Состояния C3 Π u и B3 Πg молекулы азота могут25быть использованы для диагностики Tg в обоих разрядах в смеси He  N 2 . В данных разрядахраспределение заселенностей молекул азота по колебательным уровням в состоянии C 3 uслабо отличается от рассчитанного по формуле Больцмана и не изменяется с ростомпроцентного содержания гелия в смеси He  N 2 .

Колебательная температура Tv  C3 Πu  вCприэлектродной области СВЧ разряда и в ПС ТРПТ составляют 5100  600 К и 4900–5300 К,соответственно. ФРКУ ( vB =3–12) состояния B3 g заметно отличаются от распределенияБольцмана. Заселенности уровней vB =7–12 монотонно уменьшаются с увеличением номерауровня vB и удовлетворительно описываются формулой Больцмана. Её структура слабоизменяется с ростом процентного содержания атомарного гелия в смеси He  N 2 . В ПС ТРПТзначение TvB  B3 g  , соответствующее группе уровней vB =7–12, лежит в диапазоне 6300–6800К. Оно меньше, чем соответствующее значение 7200 К, измеренное в приэлектродной областиСВЧ разряда.

В ПС ТРПТ и приэлектродной области СВЧ разряда для поступательной,вращательных температур и колебательных температур возбуждения состояний C 3 u , B3 gмолекулы азота и B2 Σ u+ иона молекулы азота в смеси He  N 2 справедлива следующая иерархиятемператур: TvB  B3 g  > TvC  C 3 u  > Trot  B 2u   Trot  C 3u  = Trot  B3 g  = Tg .В параграфе 2.4 показано, что в ПС ТРПТ, в приэлектродных областях ТРПТ и СВЧразряда,возбуждаемоговблизиэлектрода-антенны,всмесиN2  H2зависимостиинтенсивностей излучения полос N2  C3Πu  B3Πg  , N2  B 2u  X 2g  и N2  B3Πg  A3u+ от процентного содержания молекулярного водорода различаются.

В ПС ТРПТ с ростомпроцентного содержания водорода интенсивность полосN2 C3Πu  B3Πgизменяетсянезначительно, а N2  B3Πg  A3Σu+  заметно уменьшается. В приэлектродной области ТРПТинтенсивности полос N2  C3Πu  B3Πg  и N2  B 2u  X 2g  увеличиваются с повышениемпроцентного содержания водорода. В приэлектродной области СВЧ разряда они изменяютсянемонотонно: растут в диапазоне процентного содержания водорода вплоть до 6% (припроцентном содержании азота  94%) и уменьшаются в диапазоне процентного содержанияводорода 6–14% (при процентном содержании азота в диапазоне 94–86%).

Рассчитанныеспектры излучения N2 B 2u  X 2g , N2  C3Πu  B3Πg  и N2  B3Πg  A3Σ u+  в предположениибольцмановского распределения молекул азота по вращательным уровням в излучающихсостояниях удовлетворительно описывают измеренные спектры испускания разрядов.26Исключение составляют переходы N2  C3Πu  B3Πg  с верхним излучающим состояниемC3Πu ,vC =2.

В приэлектродной области СВЧ разряда ФРВУ молекулы азота заметно отклоняетсяотраспределенияБольцмана.Возмущениечередованияинтенсивностейобусловленокинетикой возбуждения и девозбуждения вращательных уровней состояния C3Πu ,vC =2молекулы азота. В приэлектродной области СВЧ разряда, в ПС и приэлектродной областиТРПТ в смеси N2 -H2 температуры Trot  B2 Σ +u  , Trot  C3Π u  и Trot  B3Πg  согласуются в пределахпогрешности. Они слабо зависят от компонентного состава смеси N2 -H2 . ТемпературыTrot B2 Σ +u , Trot C3Π uмолекулы иB 2uи Trot  B3Π g  совпадают с поступательной. Состояния C3 Π u и B3 Πgиона молекулы азота могут быть использованы для диагностикипоступательной температуры приэлектродной области СВЧ разряда, в ПС и приэлектроднойобласти ТРПТ в смеси N2 -H2 при низких давлениях.

В приэлектродной области СВЧ разряда иТРПТ ФРКУ молекулы азота в состоянии C3Π u слабо отличается от распределения Больцмана.Она не изменяется с увеличением процентного содержания водорода в смеси. В ПС иприэлектродной области ТРПТ Tv  C3 Πu  составляет 3500–3800 (  400 К). Значение Tv  C3 Πu CCменьше, чем соответствующее значение, определенное в приэлектродной области СВЧ разряда6700  520 К. В ТРПТ и приэлектродной области СВЧ разряда, колебательные температурыпервого уровня Tv  X1g  молекулы азота в основном состоянии, определенные по спектрамизлученияN2 C3Πu  B3Πg ,составляют,приблизительно, 1500–2000Ки4000К,соответственно.В ПС ТРПТ и приэлектродной области СВЧ разряда распределения для уровней v B =3–12состояния B3 Πg молекулы азота отличаются от распределения Больцмана.

Относительныезаселенности уровней v B =7–11 описываются формулой Больцмана с температурой Tv  B3 Πg  .BТемпература возбуждения этих уровней не изменяется с увеличением процентного содержанияводорода в смеси N2 -H2 .В обоих разрядах, значения температур возбуждения Tv  B3 Πg  лежат в диапазоне 6100–B6600 К (погрешность 11%). Для температур, характеризующих функцию распределения поэлектронно-колебательно-вращательным уровням в состояниях C3 Π u , B3 Πg молекулы азота иB2 Σ +u иона молекулы азота в исследуемых газовых разрядах в смеси N2 -H2 справедлива27следующая иерархия температур TvB  B3 g  TvC C 3u> Tv  X 1g  > Trot  B 2u  =Trot B3 g = Trot C 3u = Tg .В главе 3 развита составляющая уровневой полуэмпирической СИМ азотной НТП, вкоторой учитывается уровневая кинетика молекулы и иона молекулы азота в электронновозбужденных состояниях (рис.1).

Физико-химические процессы с участием частиц визлучающихвозбужденныхсостояниях,представляющихинтересдляспектральнойдиагностики азотной НТП, описываются с разрешением по колебательным уровням. Модельвключает базу данных: компонентного состава; концентраций атомов азота и молекул восновном и возбужденных состояниях; коэффициентов скоростей и сечений физикохимических процессов; ФРКУ молекулы азота в возбужденных состояниях, измеренных впроточных реакторах, в газовых разрядах и послесвечении в азотосодержащих смесях.Предложен метод идентификации и установления иерархии физико-химических процессов,которые играют заметную роль в образовании и гибели частиц в возбужденных состояниях,представляющих интерес для спектральной диагностики и приложений азотной НТП вплазмохимических технологиях.

Иерархия первичных и вторичных физико-химическихпроцессов, обуславливающих рождение и гибель возбужденного состояния частицы, зависит отусловий, компонентного состава и распределения энергии, запасенной во внешних ивнутренних степенях свободы плазмообразующего газа, а также от времени пребываниячастицы в газовом разряде. В кинетике возбужденного состояния определяющую роль можетиграть целый набор процессов, состав и количество которых изменяется со временемпребывания частицы в газовом разряде.

Создание уровневой полуэмпирической СИМпозволило, впервые: теоретически описать результаты экспериментальных исследованийкинетики ФРКУ ( v A =0–13, vB =0–17, vC =0–4 и vBi =0–3) молекулы азота и иона молекулы азотав состояниях ( A3u , B3 g , C 3u ) и ( B 2u ), соответственно, в ПС ТРПТ и СВЧ разрядах вазоте; установить физико-химические процессы, обуславливающие формирование во времениФРКУ молекулы азота в триплетных состояниях B3 g и C 3u ; согласовать рассчитанные иизмеренные концентрации ионов и заселенностей молекул и атомов азота в состояниях A3u ,C 3 u и4S,2D,2P , соответственно; восполнить недостающие уровневые коэффициентыфизико-химических процессов и определить их зависимость от поступательной температуры;развить экспериментально-расчетные методики и применить их для диагностики концентрацииэлектронов N e , напряженности электрического поля E , поступательной Tg и колебательнойTv  X 1g  температуры в ПС ТРПТ и СВЧ разрядах в азоте.28В параграфе 3.1 установлено, что в ПС ТРПТ и СВЧ разряда, возбуждаемого врезонаторе, в азоте при давлениях (1–10 Тор) и поступательных температурах (300–500 К)кинетика электронно-колебательных состоянийC 3 u , vCмолекулы азота определяетсяпроцессами возбуждения молекулы азота в состоянии C 3  u из основного состояния X 1 gэлектронным ударом, а также процессами радиационного распада состояния C 3  u , взаимноготушения состояний A3  u с образованием состояния C 3  u , предиссоциации колебательныхуровней vC =3 и 4 состояния C 3  u , взаимного тушения состояний A3  u и B 3  g собразованием состояния C 3  u , ступенчатого возбуждения состояния C 3  u при столкновенияхколебательно-возбужденных молекул в основном и состоянии B 3  g .

Характеристики

Список файлов диссертации