Диссертация (1097947), страница 17

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

Текст из файла (страница 17)

В диссертации особое вниманиеуделяется описанию возбуждения излучающих состояний молекулы азота, представляющихинтерес для эмиссионной и абсорбционной спектроскопии азотной НТП. Возбуждениеколебательных уровней состояний A3u , B3 g , W 3u , B3u , C 3 u , a1u , a1 g и w1uнейтральной и B 2u иона молекулы азота описывается с детализацией по уровням v основногоэлектронного состояния X 1 g (v=0-20) и метастабильного состояния A3u , v A  0  13 , чтопозволяет использовать уровневую полуэмпирическую СИМ для интерпретации и обработкиэмиссионных и абсорбционных спектров газовых разрядов в азоте. В модели учитываетсявозбуждение предиссоционных состоянийридберговских состоянийRynb1 u ,b1u ,c1 u ,c1u ,o1 u ,e1 uимолекулы азота электронным ударом. При описаниивозбуждения электронных состояний атома азота в СИМ принимается во внимание (переченьпроцессов из таблицы 3): возбуждение электронным ударом метастабильных состояний 2 P и2D атома азота (процессы 15.0 и 16.0), ступенчатое возбуждение N  2 D  электронным ударом(процесс 17.0); ионизация атомов азота N  4 S  электронным ударом (процессы 114.0);ступенчатая ионизация атомов азота N  2 P  и N  2 D  (процессы 115.0 и 116.0).

В расчетахФРЭЭ учитываются: диссоциация (процесс 14.0) и ионизация (процессы 120.0) N 2  X 1g , v электронным ударом; диссоциативная ионизация молекулы азота электронным ударом (процесс112.0);ступенчатаяионизациявозбужденныхмолекулазотаN 2  A3u , v A  0 иN 2  B3 g , vB  0  электронным ударом (процессы 118.0 и 119.0, соответственно). Важноподчеркнуть, что в диссертации, в отличии от доложенных моделей в литературе,98сформированный самосогласованный набор уровневых сечений упругих и неупругих процессовсоударений электронов с молекулами явным образом учитывается при решении кинетическогоуравнения для изотропной части ФРЭЭ. Это позволяет количественно описать результатыэкспериментов, выполненных в диссертации и другими авторами.

Процессы возбужденияпредиссоционных состояний молекулы азота не учитывались явно при решении уравнения дляФРЭЭ, а использовались только в расчетах доли энергии, затрачиваемой электронами навозбуждение внутренних степеней свободы частиц азотной НТП.Работы [40, 107, 762, 775, 787, 790, 791, 806, 807] посвящены исследованию ролистолкновений между заряженными частицами и вторичных электронов, образованных врезультате ионизации нейтральных компонент НТП прямым электронным ударом, в кинетикеэлектронной компоненты в НТП. Показано, что в азотной НТП столкновения междуэлектронами с энергией 1 эВ    10 эВ, в котором расположены максимумы сеченийнеупругих процессов, необходимо учитывать в газовом разряде при степени ионизации N e / Nсвыше 10-4–10-3 [40, 107, 762].

Частота междуэлектронных столкновений становитсясопоставимой или больше, чем частоты, соответствующих неупругим процессам с участиемэлектронов и молекулы азота. В диссертации, электрон-электронные столкновения прирешении кинетического уравнения, учитываются в приближении Фоккера-Планка [791]. Висследованиях кинетики электронной компоненты в послесвечении ИТР столкновения междуэлектронами и ионами не рассматриваются. В [806, 807] установлено, что при нахожденииФРЭЭ в постоянном электрическом поле разряда, образование вторичных электроновнеобходимо принимать во внимание при E / N >>300 Тд.

Показано, что применимость методаразложения ФРЭЭ по сферическим гармоникам в ПС ТРПТ может быть расширена попараметру E / N до 300 Тд. В диссертации, ФРЭЭ определялась в положительном столбе ТРПТв азоте в диапазонеE / N =40–140Тд, который заведомо удовлетворял критериямсправедливости разложения ФРЭЭ по сферическим гармоникам по степени ионизации N e / N иприведенной напряженности электрического поля E / N .В диссертации, поведение электронной компоненты в газовых разрядах постоянноготока, импульсном разряде и СВЧ разрядах, определяется в дрейфовом, квазистационарном,локальномипространственно-однородномприближениях.Применимостьдрейфового,локального и пространственно - однородного приближений в исследованиях ФРЭЭ в газовыхразрядах обсуждалась в [107, 119, 724, 758, 762, 31, 846, 800, 847, 796, 797, 798, 799, 801, 802,803, 840].

Из обсуждения критериев применимости двухчленного разложения ФРЭЭ посферическим гармоникам следует, что применение модели, развитой в диссертации для99определения ФРЭЭ в положительном столбе ТРПТ, а также в СВЧ разрядах в азотесправедливо в диапазонах E / N =40–140 Тд, N e / N  10-4–10-3 и 1  p  10 Тор.Явный вид уравнения, решаемый в диссертации, для изотропной части ФРЭЭ приведен в[564,657]. При решении уравнения для ФРЭЭ исходными параметрами НТП являются:компонентный состав НТП; поступательная температура Tg , концентрация электронов N e ,давление газа p и, в случае постоянной амплитуды электрического поля E , приведеннаянапряженность электрического поля E / N , а в случае переменного электрического поля,параметр E /  (  - круговая частота изменения электромагнитного поля).

Величинанапряженности электрического поля определяется из совместного решения уравненийэлектродинамики и уравнений баланса для заряженных частиц. Для нахождения решенияуравнения используются численные методы, описанные в [724, 746, 747, 748, 749, 758, 759,757]. Основные моменты ФРЭЭ рассчитываются на основе соотношений, приведенных в [23,31, 119].В данной работе, для восполнения недостающих значений уровневых сеченийвозбуждения частиц электронным ударом используется экспериментально-расчетная методика,предложенная в [15, 23, 764, 749, 765, 858, 859, 845] и основанная на алгоритме определенияФРЭЭ в двухчленном приближении.

В [860] развита и использована альтернативная методикаподобная в [15, 23, 764, 749, 765, 858, 859, 845, 774], основанная на алгоритме определенияФРЭЭ методом Монте-Карло. Данные экспериментально - расчетные методики сочетаюттеоретические модели расчета ФРЭЭ и методики измерений сечений, ФРЭЭ и её основныхмоментов, интегральных и уровневых коэффициентов скоростей возбуждения электронныхсостояний заряженных и нейтральных частиц и т.д. Сечения определяются на основесопоставлении расчетных и измеренных значений vdr , De / e , T / N , ФРЭЭ, константскоростей возбуждения электронных состояний и т.д. Об определение, таким образом, значенийсечений, говорят как о методе формирования самосогласованного набора сечений.

Применениеметода формирования самосогласованного набора сечений с целью определения данныхсечений может приводить к неоднозначным результатам [762]. Об этом свидетельствуютрезультаты [773, 765, 774]. Сравнение результатов измерений и расчетов, приведенное в [773]показывает, что суммарное значение сечений колебательного возбуждения   (при  =2.1 эВ)для молекулы на 30% выше по сравнению с рекомендованными данными в [764]. Установлено,что коэффициенты переноса vdr и De / e для электронов слабо чувствительны к изменениюнормировки сечений колебательного возбуждения.

Цель [774] состояла в определении значенийсуммарного по первым восьми колебательным уровням сечения колебательного возбуждения,прикоторыхтранспортныехарактеристикиэлектроновдрейфоваяскоростьvdrи100характеристическая энергияDe / eэлектронов находятся в наилучшем согласии сэкспериментально измеренными. В ней выполнены расчеты ФРЭЭ, а на ее основе - моментовФРЭЭ в разряде в молекулярном азоте при вариации суммарного сечения     2  12  10 16см2 (при  =2.1 эВ). Расчеты проведены для интервала приведенной напряженностиэлектрического поля 20  80 Тд, для которого энергетические потери электронов обусловленыпреимущественно столкновениями, приводящими к колебательному возбуждению молекулазота.

В результате приведенных расчетов показано, что наилучшее согласие вычисленныхзначений транспортные характеристики электронов с измеренными достигается при значениях    7  9  10 16 см2, которые заметно выше тех, что рекомендовано использовать в [764]. В[765] этот метод применен для формирования нового самосогласованного набора сеченийиспользуя измеренные значения коэффициента скорости ионизации (первого коэффициентаТаунсенда), дрейфовой скорости, характеристической энергии и коэффициента диффузииэлектронов, коэффициентов скоростей возбуждения состояний A3u и C 3 u молекулы азота вдиапазоне значений E / p =20  200 В/(см Тор).

Параметры, полученные с помощью новогонабора сечений находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными. Однако,рассчитанные значения коэффициента скорости возбуждения состояния C 3 uзаметнорасходятся с их измеренными в диапазоне значений E / p >60 В/(см Тор). Кроме того,необходимо учитывать, что наборы самосогласованных сечений, доступные в литературе иполученные в рамках самосогласованных моделей, также являются функциями модели. Этосоздает трудности их использования в СИМ для спектроскопической диагностики, в которойтребуется развивать более расширенные кинетические схемы с детализацией по квантовымуровням электронно - возбужденных состояний молекул.

Преодоление обозначенных вышетрудностей при формировании самосогласованного набора сечений невозможно без созданиябаз данных сечений, коэффициентов скоростей, ФРЭЭ и её основных моментов. Компиляцияданных о сечениях столкновений электронов с молекулами и атомами азота выполнена вмонографиях [187, 194, 658, 848–854].

Теория столкновений электронов с молекуламиразработана недостаточно. Например, оценка сечения и коэффициентов скоростей возбуждениясостояний двухатомных молекул и их ионов может быть выполнена по формулам из [19, 147,189, 317, 855, 856, 857]. В диссертации, созданная база данных теоретических иэкспериментальных значений сечений, коэффициентов скоростей, ФРЭЭ и её основныхмоментов, включает результаты работ [133, 141, 146, 187, 193, 194, 607–609, 658–660, 661, 668,679, 764, 765, 795, 848–857, 861–889]. При формировании самосогласованного набора упругих иуровневых неупругих сечений соударений электронов с частицами НТП предпочтение отдается101данным,полученнымвэкспериментах.Особоевниманиеприформированиисамосогласованного набора сечений уделяется метастабильному A3u и излучающим B3 g ,C 3 u состояниям молекулы азота, а также излучающему состоянию B 2 u иона молекулы азота.Состояния A3u и B3 g играют важную роль в плазмохимических процессах азотосодержащейНТП.

Характеристики

Список файлов диссертации