Диссертация (1097947), страница 24

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

Текст из файла (страница 24)

Функция распределения электронов по энергии в положительном столбе тлеющегоразряда постоянного тока в азотеНа рис. 52 приведено сравнение результатов расчетов в самосогласованной постановке,выполненных в диссертации, и зондовых измерений ФРЭЭ в стационарном ПС ТРПТ в азоте[133, 141, 263, 610, 1051]. Рис. 53 иллюстрирует сравнение результатов расчетов всамосогласованной постановке, выполненных в диссертации, и спектральных измерений [133,141] константы скорости образования молекул азота в электронном состоянии C 3u встационарном ПС ТРПТ в азоте. При E / N =50–60 Тд, в ПС ТРПТ в азоте, реализуются условия,когда значительная доля энергии электронов расходуется на возбуждение колебательныхстепеней молекул азота. ФРЭЭ и K  C 3 u  , получаемые в результате расчетов, являютсячувствительными к изменению колебательной температуры Tv  X 1g  .

Рис. 52а и 53показывают, что наилучшее согласие между экспериментом и теорией достигается приTv X 1g = 3000–4000 К. При расчетах ФРЭЭ, ФРКУ молекулы азота в основном состоянии иK C 3 uдля достижения наилучшего согласия между экспериментальными и расчетнымиданными проводилась вариация величины   и значения K1001 .

Величина   варьировалась впределах 3–13.3 А2 [765, 773, 774]. Диапазон варьирования K1001 , согласно [189, 193, 477, 478,533, 534, 536, 643, 644, 648, 651–653, 756, 932–935, 938, 939], составлял 9  10-15 – 1.5  10-13см3/сек. Наилучшее согласие расчетов ФРЭЭ, K  C 3 u  и ФРКУ ( v =0–4) молекулы азота с131измерениями достигается при значении   =3.2 А2 (при  =2.1 эВ) и K1001 =9  10-15 см3/сек, чтосовпадает с рекомендациями [764] и [644, 932–934], соответственно.Рис.54. Зависимости значений силы тока I / I L и поступательной температуры Tg / Tw ,нормализованных к максимуму разрядного тока I L и температуре поверхности разряднойтрубки Tw , соответственно: (а) - p = 20 Тор, I L = 30 мА; (б) - p = 15 Тор, I L = 50 мА.Рис.55.

ФРКУ молекулы азота вположительном столбе ТРПТ: E / N = 70Тд, Tg =600 К, Tv  X 1g  =4200 К, p =9.5Тор, I =50 мА (радиус кварцевой трубкиR =1.8 см, время пребывания молекулазота в положительном столбе ТРПТt p = 15 – 16 мс).Рис.56. Расчет ФРКУ молекулыазота в основном состоянии на стадии-7-нагрева газа при p = 7 Тор: 1 - 10 с, 2 - 106-4-3-3-3с, 3 - 10 с, 4 - 10 с, 5 - 210 с, 6 - 310-3-3-3с, 7 - 410 с, 8 - 610 с, 10 - 810 с, 11 -3-31510 с, 12 - 15.510 с.132Таблица 6.K1001  1014 , см-3/с из литературы[402, 568, 644]0.9[534]2.6[536]5.0[532]10[477, 478]15376442304183338436423578326634953451314733563330309332783266Экспериментальныеданныеp, Тор3.579.5TvX 1g,KРасчет Tv X 1 g , K по данным379035043203604270370С увеличениемE / N >70Тд значительная доля энергии электронов начинаетзатрачиваться на возбуждение электронных степеней свободы, диссоциацию и ионизациюмолекул азота.

При высоких значениях E / N = 80 и 140–150 Тд и незначительных степеняхионизации и диссоциации молекул азота в ПС ТРПТ зависимость ФРЭЭ от vib  N 2  слабая.Рис. 52б, 52в и 53 показывают, что согласие между расчетом и экспериментом для K  C 3 u  иФРЭЭ имеет место при значениях Tv  X 1g  , не превышающей 5500 К. Согласие междурасчетом и экспериментом имеет место при значениях Tv  X 1g  , лежащих в диапазоне 4000–5500 К. Именно такие значения Tv  X 1g  получены в расчетах и экспериментах в ПС ТРПТ[133, 141, 263, 610, 1051], и СВЧ разрядов и их послесвечения в азоте методами спектроскопииКРС и спектроскопии КАРС [482, 485, 487, 489, 490, 492, 521, 525, 526] и абсорбционнойспектроскопии [488] (таблица 2, параграф 1.1 настоящей главы). Удовлетворительное согласиемеждурассчитаннымииизмереннымизначениямивеличиныK C 3 uкосвенносвидетельствуют о надежности определения нормировки сечения возбуждения состояния C 3 uмолекулы азота электронным ударом.1.4.2.

Нагрев газа и функция распределения по колебательным уровням молекулы азота восновном электронном состоянии в разрядах постоянного токаРезультаты исследований кинетики ФРКУ молекулы азота в основном состоянии X 1g идинамики нагрева газа приведены на рис. 3 и 4 (параграф 1.1), рис. 53–55 и в таблице 2(параграф 1.1), а также в таблице 6.На рис. 3, 4 и 54 линии обозначают расчет ФРКУ молекулы азота в основномэлектронном состоянии по уровневой полуэмпирической СИМ, развитой в диссертации, иформулам Больцмана и Тринора. Сопоставление результатов расчетов и измерений Tg отвремени приведено на рис. 53. Стационарное значение Tg представлено в таблице 2 при133давлениях 15 и 20 тор.

На рис.53 также представлена экспериментальная зависимостьизменения силы тока от времени, которая использовалась при расчете Tg.Расчеты и измерения Tg и Tv  X 1g  показывают, что формирование стационарной ФРКУмолекулы азота в основном состоянии для первых двух колебательных уровней и установлениеTg в ПС ТРПТ происходит за время, не превышающее  15–20 мс. Время установлениязначений Tg и Tv  X 1g  определяется значением давления газа p , температуры стенкиразрядной кюветы Tw, концентрации электронов Ne и приведенного электрического поля E/N,вероятности гетерогенной дезактивации колебательной энергии молекулразрядной кюветыR , длины положительного столбаL WV ,радиусаи скорости протока газа.Существенную роль играют процессы, происходящих в ПС ТРПТ, коэффициенты которыхопределяются ФРЭЭ, E / N , Tg , Tv  X 1g  и сечениями упругих и неупругих процессов.Расчеты ФРКУ молекулы азота в основном состоянии и нагрева газа (рис.

3, 4, 53–55) были10проведены с использованием коэффициента скорости VV - обмена K 01из [402, 564, 568, 569,571, 573, 643, 644, 657]. Кроме того, в диссертации использована предложенная в [935]аппроксимация коэффициентов скоростей VV-обмена в зависимости от значений v и Tg. Этопозволило получить количественное согласие с экспериментальными данными.Рис. 55 иллюстрирует результаты расчетов кинетики ФРКУ молекулы азота в основномсостоянии с целью анализа процесса нагрева газа. На временах tp  10-7–2.010-3 с (сплошныелинии 1–5) происходит интенсивная передача энергии электронов в колебательное возбуждениемолекул в состояния с v = 1–10 (eV–процессы). Заселенности этих уровней имеютбольцмановское распределение с колебательной температурой, которая заметно отличается отзначения колебательной температуры Tv  X 1g  .

Наличие излома в ФРКУ молекулы азотасвидетельствует о том, что начальная стадия её эволюции обусловлена возбуждением и девозбуждением колебательных состояний молекул электронным ударом. Результаты расчетаФРКУ молекулы азота на данной стадии нагрева газа в ПС ТРПТ находятся в качественномсогласии с результатами работы [402]. С момента времени tp  310-3 с (сплошная линия 6),перераспределение молекул по нижним колебательным уровням обуславливается конкуренциейeV-процессов и близкого к резонансному VV  обмена. ФРКУ (v= 1–5) молекулы азотаописывается формулой Тринора. Это является справедливым в последующие моменты времени.Расчеты показывают, что в рамках предлагаемой в диссертации СИМ при радиусегазоразрядной кюветы R=1.8 см в диапазоне давлений от 3.5 до 9 Тор влияние процессовVW  дезактивации и диффузии молекул на заселенности колебательных уровней v=1–5невелико по сравнению с процессами резонансного VV  обмена и eV-процессами.

При tp 134310-3 с вид ФРКУ молекулы азота в основном состоянии для невысоких уровней оказываетсяслабо чувствительным к способу накачки колебательных уровней. Это связано с тем, чтохарактерные времена перераспределения молекул азота по нижним уровням вследствиерезонансного VV  обмена становятся существенно меньше, чем характерное временипроцессов VW  дезактивации и диффузии молекул, а также процессов возбуждения и девозбуждения колебательно-возбужденных молекул электронным ударом [133, 141, 175].Прямым свидетельством доминирующей роли процессов VV  обмена является триноровскийвид ФРКУ молекулы азота в основном электронном состоянии, изображенной на рис.

55(сплошные линии 4-6), и слабая зависимость значений Tv  X 1g  от изменения вероятностидезактивации  WV молекул в пределах порядка (табл. 2, параграф 1.1).В таблице 6 приведено сопоставление измеренных и рассчитанных квазистационарныхзначений Tv  X 1g  . Расчеты Tv  X 1g проводились при различных наборах значенийкоэффициентов скоростей K1001 VV  обмена. С ростом величины коэффициента скоростиVV  обмена K1001 значение Tv  X 1g  уменьшается. Наибольшее расхождение расчета сэкспериментом имеет место при использовании K1001 из [477, 478], которая более чем на порядокпревосходит указанное выше значение из [402, 564, 568, 569, 571, 573, 643, 644, 657].Сопоставление экспериментальных и расчетных значений Tv  X 1g  свидетельствует об ихколичественном согласии при значении константы скорости VV  обмена энергией междумолекулами азота K1001 = 910-15 см3/с, что соответствует измерениями и расчетам [402, 564, 568,569, 571, 573, 643, 644, 657].

Использованная в данной работе модель кинетики, в рамкахкоторой рассчитывается ФРЭЭ, приводит к тем же результатам, которые были получены вработе [568], где ФРЭЭ полагалась максвелловской.Таблица 2 иллюстрирует возможности кинетической модели, развитой в диссертации.Видно, что рассчитанные значения Tv  X 1g  на порядок превосходят значения Tg . Приувеличении давления от 3 Тор до 10 Тор Tv  X 1g  немонотонно изменяется в пределах от 3700К до 4400 К.

Характеристики

Список файлов диссертации