Диссертация (1097947), страница 22

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

Текст из файла (страница 22)

Использование подобного механизма нагрева газа вмодели импульсного СВЧ разряда [647] и ИТР [648] приводит также к высоким значениямK10Mol Tg  по отношению к результатам [645, 646]. Работы [603, 1038] являются продолжениемэкспериментальных исследований ИТР и послесвечения (при давлении p = 20–80 Тор) [599,600, 1036, 1037]. Согласно оценкам, выполненным авторами [603, 1038], наблюдаемый до 30мкс нагрев газа, на начальной стадии развития ИТР, может быть обусловлен с упругимистолкновениями электронов с молекулами азота и быстрой вращательно-поступательной (RT-)релаксацией молекул азота (при E N <20 Тд): энергия, запасенная в поступательных степеняхсвободы электронов, при низких значениях E N , эффективно передается в результате упругихстолкновений электронов с тяжелыми частицами НТП в поступательные степени свободымолекулы и атома азота, а также во вращательные степени свободы молекулы азота.

Время RTрелаксации в азоте  RT по порядку величины соизмеримо со временем столкновений  c .(  RT   c  10-7/ p с, а p - давление газа в Тор) [31, 133, 137, 141, 189, 193]. Энергия,затрачиваемая электронами на возбуждение вращательных степеней свободы молекулы азота завремена, порядка  c <30 мкс, переходит в её поступательные степени свободы. Авторами неисключается также возможность вклада в нагрев газа процессов релаксации энергии,запасенной в электронных степенях свободы молекулы азота [73, 955, 1034, 1035]. Процессрасширения газа, за времена порядка 30 мкс, является адиабатическим. На поздней стадииразвития ИТР (30–500 мкс, E N >40–50 Тд), вклад в нагрев молекулярного азота упругихстолкновений электронов с молекулами и атомами азота, а также вращательно-поступательнойрелаксации уменьшается.

Доля энергии, передаваемая в процессах упругих столкновенийэлектронов с тяжелыми частицами НТП в поступательные степени свободы молекул и атомов122азота не превышает 2%–3% от удельной мощности, поглощенной НТП [1039, 1040]. Согласноавторам [603, 1038], поступательная энергия электронов, главным образом, затрачивается навозбуждение колебательных степеней свободы молекулы азота в результате электронмолекулярных столкновений [31, 133, 137, 141, 189, 193]. Релаксация энергии, запасенной вколебательных степенях свободы молекулы азота, в поступательные степени свободы,сопровождается газодинамическим расширением газа. Нагрев газа в диапазоне от 30 мкс до 500мкс с хорошей точностью можно рассматривать как изобарический процесс. В [603,1038]показано, что на данном временном интервале нагрев молекулярного азота не может бытьобъяснен только VТ - релаксацией (процесс 1.0, табл.3).

Нагрев газа может быть обусловленрелаксацией энергии, запасенной в электронных степенях свободы молекулы азота [73, 955,1034, 1035], а также процессом VV- энергообмена между ангармоническими осцилляторами(процесс 2.0, табл.3) [629, 955, 1032, 1033].В [73, 1041–1044] при исследованиях механизма нагрева газа в импульсном СВЧ разрядев азоте и воздухе особое внимание уделяется процессам обмена энергией междупоступательными степенями свободы электронов и поступательными, внутренними степенямисвободы частиц (молекул и атомов азота) в возбужденных состояниях.

Установлено, что приинициировании свободно локализованного импульсного СВЧ разряда наблюдается быстрыйнагрев азота, который невозможно объяснить передачей поступательной энергии электронов впоступательные степени свободы молекулы азота, процессом RT- релаксации в азоте, VT- и VV энергообмена между молекулами азота (процессы 1.0 и 2.0, соответственно, таблица 3).Показано, что для описания нагрева газа необходимо подробно учитывать кинетикувозбужденных состояний молекулы и атомов азота [1035].

В [73] установлено, что вимпульсном СВЧ разряде эффективны соударения первого и второго электронов с молекуламиазота. Это приводит к увеличению количества электронов в высокоэнергетической части ФРЭЭ.Коэффициенты скорости возбуждения электронных состояний и диссоциации молекулы азотавозрастают, что обуславливает высокие значения концентраций электронно-возбужденныхмолекул N 2 A3u , N 2 B3 g , N 2 C 3u  и атомов азота N 4S и N 2 P  в основном иметастабильном, соответственно, состояниях. Скорости обмена энергией между электроннымистепенями свободы молекул ( EE - энергообмен) и атомов ( EE - энергообмен) азотапревышают скорости VV- и VT- энергообмена между N 2  1g , v  [73, 1035].

Процессы (таблица3) столкновительного тушения молекул и атомов азота в возбужденных состоянияхобуславливают эффективный энергообмен между поступательными ( ET - энергообмен),колебательными ( EV - энергообмен) и электронными ( EE - и EE - энергообмены) степенямисвободы молекул и атомов азота.

Процессы EV -, EE - и EE - энергообмена аккумулируют123энергию в электронных степенях свободы молекул и атомов азота [1035]. Из этих процессовэнергообмена, наиболее эффективным является столкновительный EE - энергообмен междумолекулами азота в метастабильном A3  u и излучающем B 3  g состояниях (процессы 31.0–40.0, 43.0–43.3 и 46.0–46.2, табл.3) [73, 955, 1034, 1035], а также EE - энергообмен междумолекулами и атомами азота в метастабильном и основном состояниях (процессы 47.0–47.3,48.0 и 49.0, табл.3) [1035].

В [73] механизм быстрого нагрева газа объясняется передачейэнергии из возбужденных состояний A3  u и B 3  g в поступательные степени свободымолекулы азота. Предполагается, что доли энергии, передаваемые в поступательные степенисвободы молекулы азота в процессе (46.0–46.2, табл.3) составляет 0.5, в процессе (31.0–40.0,табл.3) есть 0.13, а в процессе (43.0–43.3, табл.3) есть 0.16. Однако, результаты работ [1049,1050] свидетельствуют о необходимости пересмотра и определения значений долей энергии,передаваемые в поступательные степени свободы молекулы азота в процессах (31.0–40.0, 43.0–43.3 и 46.0–46.2, табл.3).Таким образом, исследования механизмов нагрева азота в газовых разрядах в широкомдиапазоне изменения удельной мощности, поглощенной НТП, далеки от завершения.Недостаток надежных данных о долях энергии, передаваемой из электронных степенейсвободы в поступательные степени свободы молекулы и атомов азота, и об уровневыхv ,sкоэффициентах скоростей KvMol1,v  Tg  и K v 1,s 1  Tg  [189, 193, 477, 478, 533, 534, 536, 643, 644,648, 651–653, 756, 932–935, 938, 939], величины суммарного по первым восьми колебательнымуровням сечения колебательного возбуждения   [764, 765, 773, 774] (см.

предыдущиеподпараграфы диссертации), а также отсутствие сравнения экспериментальных и теоретическихзависимостей поступательной температуры от времени пребывания молекул азота в ПС ТРПТ,при низких значениях удельной мощности, поглощенной НТП, стимулирует исследованияv ,sмеханизмов нагрева газа. В диссертации, чтобы оценить величины   , KvMol1,v  Tg  и K v 1,s 1  Tg  ,выполнены экспериментальные и теоретические исследования кинетики колебательноговозбуждения и нагрева молекулярного азота в ПС ТРПТ с превличением экспериментальныхданных, полученных другими авторами [482, 485, 487, 488, 489, 590].

Приведеноодновременное сравнение измеренных и рассчитанных значений Tv  X 1g  и Tg температуры взависимости от времени пребывания t p молекул азота в ПС ТРПТ.При исследовании механизмов нагрева азота в газовых разрядах необходимо учитыватьмногочисленные гомогенные и гетерогенные физико-химические процессы. В уровневойполуэмпирической СИМ азотной НТП, развитой в диссертации, основными процессами вуравнении для изменения поступательной температуры в ПС ТРПТ в азоте1243.5  kb  Tg  N dAtMol+ SVT+ SVV + S XT - SQ , (1.3.34)Tg = Selas + S RT + SVTdt pпри относительно невысоких энерговкладах, в изобарическом приближении, являются:передача энергии в поступательные степени свободы при упругих соударениях электронов смолекуламииатомамиазотаSelas ;вращательно-поступательнаярелаксацияS RT ;Molколебательно-поступательная релаксация молекул на молекулах SVTи образующихся атомахAtазота (VT- процессы 1.0 и 3.0, табл.3); потери колебательной энергии в результатеSVTколебательно-колебательного обмена энергией между молекулами азота SVV (VV - процесс2.0, табл.3); тушение электронно-возбужденных состояний молекул и атомов азота (процессы31.0–40.0, 43.0–43.3 и 46.0–46.2, табл.3) молекулы азота S XT ; тепловые потери SQ за счетналичия пространственного градиента поступательной температуры.

В предлагаемой моделиучитываются процессы с участием молекул и атомов в возбужденных состояниях, которыемогут приводить к заметному изменению заселенностей колебательных уровней приформировании ФРКУ молекулы азота в основном состоянии X 1 g и тем самым, косвенно,влиять на нагрев газа. В связи с неопределенностью величины доли энергии, переходящейнепосредственно в поступательные степени свободы молекулы азота при столкновенияхмолекул азота в состоянии X 1 g и электронных состояниях (в частности, в метастабильномA3  u и илучающем B 3  g состояниях), вклад в нагрев газа этих процессов (31.0–40.0, 43.0–43.3 и 46.0–46.2, табл.3), в диссертации, не анализировался. Влиянием процесса ионизациимолекул и атомов азота, потери энергии молекулами и атомами азота в возбужденныхсостояниях в результате радиационных процессов на нагрев газа в ПС ТРПТ такжепренебрегалось.В диссертации, предложен новый подход для описания тепловых потерь SQ за счетналичия пространственного градиента поступательной температуры [564], который являетсядальнейшим развитием метода равнодоступной поверхности [188, 642].

Характеристики

Список файлов диссертации