Автореферат (1097946), страница 7

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

Текст из файла (страница 7)

С ростом номера уровняvC эффективность вклада вторичных процессов в заселение уровней vC состояния C 3  uмолекулы азота возрастает. Они дают наименьший вклад в заселение уровня vC =0. Дляспектральнойдиагностикиэлектронно-колебательноепараметровсостояниеазотнойC 3  u , vC =0НТП,предпочтительно,молекулыазота.Сиспользоватьувеличениемпоступательной температуры Tg эффективность вклада вторичных процессов в заселениеколебательных уровней состоянияC 3uмолекулы азота уменьшается. При высокихтемпературах Tg (  600 К) в ПС ТРПТ и СВЧ разряде, возбуждаемого в открытом волноводе, вазоте преобладающими процессами в заселении колебательных уровней состояния C 3  uмолекулы азота являются электронный удар и их радиационный распад.

В ПС ТРПТ в азоте придавлениях (1–10 Тор) и Tg (=300–500 К), основными процессами, формирующими ФРКУ( vB =0–17) молекулы азота в состоянии B3 g являются первичные процессы возбужденияколебательных уровней vB состояния B3 g молекулы азота из состояния X 1 g электроннымударом, а также вторичные процессы радиационного распада состояния B 3  g , тушениясостояния B 3 g молекулы азота в результате столкновений с N 2  X 1g , v  , ступенчатоговозбуждения состояния B 3 g молекулы азота в результате столкновений молекул азота вметастабильном состоянии A3u с N 2  X 1g , v  , дезактивации состояния B 3 g молекулы азотав результате столкновений с молекулами азота, предиссоциации состояния B 3  g , заселениясостояния 3 g в результате взаимного тушения молекул азота в состоянии A3  u , каскадногозаселения состояния 3 g в результате тушения молекул в состоянии C 3 u на молекулах29азота и радиационного распада состояния B3u .

Установленные в диссертации зависимостиуровневых коэффициентов скоростей от поступательной температуры играет принципиальнуюроль при воспроизведении с помощью уровневой полуэмпирической СИМ измеренных ФРКУмолекулы азота в состояниях A3u , B3 g и C 3u . Вторичные процессы приводят к заметномуотклонению от больцмановских распределений ФРКУ молекулы азота в триплетныхсостояниях A3u , B3 g и C 3u . Зависимости от времени концентраций молекулы азота наколебательных уровнях в пределах каждого триплетного состояния молекулы азотаразличаются. Для корректного описания временной эволюции концентраций молекул азота ввозбужденных состояниях в азотной НТП необходимо использовать приближение уровневойнеравновесной кинетики.

Расширение кинетической схемы уровневой полуэмпирической СИМазотной НТП за счет включения колебательной кинетики электронных состояний молекулыазота и полученное согласие между рассчитанными и измеренными ФРКУ молекулы азота ввозбужденных состояниях послужили основой развития экспериментально-расчетных методикдля диагностики параметров газовых разрядов в азоте.Параграф 3.2 посвящен развитию экспериментально-расчетных методик и ихприменению для определения концентрации электронов N e , напряженности электрическогополя E , поступательной Tg и колебательной Tv  X 1g  температур в СВЧ разрядах,возбуждаемых в прямоугольном резонаторе, открытом волноводе и вблизи электрода-антенны,в азоте.

Методики представляет особый интерес для диагностики ВЧ и СВЧ разрядов, вкоторых величина амплитуды переменного электрического поля не превышает сотни вольт насантиметр. В диссертации, впервые, приведены результаты определения параметров СВЧразрядов, возбуждаемых в резонаторе, открытом волноводе и вблизи электрода-антенны, вазоте. Экспериментально-расчетные методикиосновываются на сочетанииуровневойполуэмпирической СИМ азотной НТП и методов ЭС и электрических зондов. Они позволяютсущественно расширить возможности спектральных и зондовых методов диагностики.

Вметодиках, исходнымиподгоночнымипараметрамиявляются величины, подлежащиеопределению - напряженность электрического поля E и концентрация электронов N e .Температура Tv  X 1g  определяется в результате самосогласованного решения уравнений дляФРЭЭ и концентраций возбужденных частиц. Совпадение измеренных и рассчитанныхудельной энергииPabs , поглощенной плазмой, функций распределений электронов ивозбужденных частиц по энергиям свидетельствует о том, что найденные значения Tv  X 1g  ,E и N e соответствуют экспериментальным условиям.30Рис.7 Радиальное распределение концентрации электроновN e , определенные изабсолютных измерений заселенностей состояний C 3 П u и B 2  u : () - C 3u , vC  0 ; () B 2u , vB  0 . Штриховая линия - критическая концентрация электронов.

В верхнем правомуглу -Установкарадиальноераспределениеполя E .дляисследованийэлектрическогоСВЧ разряда, возбуждаемогов открытом волноводе, в азотеУстановка для исследований СВЧ разряда, возбуждаемого в открытом волноводе в азоте,создана коллегами из лаборатории «Плазмохимии и физикохимии импульсных процессов»Института нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН (г.

Москва, Россия). Ими жевыполнены измерения ФРЭЭ зондовыми методами. В диссертации, впервые, выполненосравнение измеренной и рассчитанной ФРЭЭ в СВЧ разряде, возбуждаемого в открытомпрямоугольном волноводе ( Pabs =1.5  0.4 Вт/см3, p =1.7 Тор). Средняя энергия и концентрацияN e электронов, E , Tg и Tv  X 1g  , определенные с использованием экспериментальнорасчетной методики, равняются 2.2 эВ и (1.5  0.24)  1011 см-3, 55  6 В/см, 1300  200 К и4500  500 К, соответственно. Средняя энергия и концентрация N e электронов, полученные спомощью экспериментально-расчетной методики, находятся в удовлетворительном согласии ссоответствующими данными зондовых измерений 2.0 эВ и 3.0  1011 см-3 (погрешностьизмерений не превышает 15 – 20%).

Расчеты ФРКУ молекулы азота в состоянии C 3  u ,31выполненные в рамках уровневой полуэмпирической СИМ СВЧ разряда, возбуждаемого воткрытом волноводе, показывают, что: она слабо отличается от распределения Больцмана;заселение уровней vC = 0 – 4 состояния C 3  u молекулы азота происходит, преимущественно, врезультате прямого электронного удара молекул азота из колебательных состояний основногосостояния X 1 g , а их дезактивация - в результате радиационного распада. Механизм заселенияколебательных уровней состояния C 3  u молекулы азота совпадает с тем, что предложен вработах [16, 37, 54, 59, 60].Параметры СВЧ разряда в азоте, возбуждаемого в прямоугольном резонаторе( Pabs =0.4  0.1 Вт/см3, p =1 Тор), являются следующими: N e =(9.0  2.4)  1010 см-3, E =30  6В/см, Tg =460  50 К и Tv X 1g = 3500  500 К.

Более низкие значения поступательнойтемпературы Tg , концентрации электронов N e и напряженности электрического поля E в СВЧразряде в резонаторе по сравнению с их значениями в СВЧ разряде в открытом волноводеприводят к тому, что в СВЧ разряде в резонаторе, вклады первичных и вторичных процессов взаселение уровней состояния C 3  uстановятся соизмеримыми. Эффективность вкладавторичных процессов взаимного тушения молекул азота в состоянии A3u в заселениеизлучающего состояния C 3  u повышается с уменьшением значений Tg , N e и E .

Этоподтверждается результатами спектральных измерений и численного моделирования кинетикиФРКУ молекулы азота в состоянии C 3  u . Для СВЧ разряда в резонаторе СИМ, используемая в[16, 37, 54, 59, 60] для диагностики Tv  X 1g  , не применима.Параметры приэлектродной области СВЧ разряда в азоте ( Pabs =7 Вт/см3, p =1 Тор),возбуждаемого вблизи электрода-антенны, являются следующими (рис. 7): N e =1.3  1011 см-3,E = 125–140 В/см, Tg = 550 50 К и Tv X 1g = 4500–5000 К. Значения Ne и E согласуются стеми, что получены посредством экспериментально расчетной методики [16, 37, 54, 59, 60].Значение рассчитанного в рамках уровневой полуэмпирической СИМ разряда удельногоэнерговкладаPabsв приэлектродном слое составляло 5 Вт/см3.

ЗначениеTv  X1g  ,рассчитанное в рамках уровневой полуэмпирической СИМ, равняется 3600 К. Оно меньше, чемсоответствующее значение, определенное с использованием экспериментально - расчетнойметодики [16, 37, 54, 59, 60]. Различие в температурах Tv  X1g  , полученное по модели [16, 37,54, 59, 60] и уровневой полуэмпирической СИМ, развитой в диссертации, объясняется учетом вней вкладом вторичных процессов в заселении колебательных уровней состоянии. Из расчетов,32выполненных с использованием уровневой полуэмпирической СИМ следует, что вприэлектродной области СВЧ разряда на формирование заселенностей уровней в состоянииC 3  u в первую очередь влияют процессы возбуждения из основного состояния X 1 gэлектронным ударом и радиационного распада состояния C 3  u . Для колебательных уровнейvC =3 и 4 состояния C 3  u соизмеримый вклад дают процессы предиссоциации и возбуждениямолекул азота в состояние C 3  u в результате столкновений колебательно-возбужденныхмолекул в основном X 1 g и возбужденном B 3  g состояниях.

Значения Pabs , Ne, Tv  X 1g  и E,полученные в сферической области электродного СВЧ разряда меньше, чем в егоприэлектродной области. Величины Pabs , Ne, Tv  X 1g  и E равняются 0.1  0.03 Вт/см3,(82.4)1010 см-3, 3600 500 К и 153 В/см, соответственно. Заключения о механизмахформирования ФРКУ молекулы азота в состоянии C 3  u , рассмотренные чуть раньше для СВЧразряда, возбуждаемого в резонаторе в азота, справедливы для сферической, областиэлектродного СВЧ разряда.Рис.8. а-в) Сопоставление расчетного (линия) и экспериментального (точки) спектровКАРС в безэлектродном ВЧ разряда индуктивно-емкостного типа (при 1.5 Тор и мощности 0.533Вт/см3).

Характеристики

Список файлов диссертации