Диссертация (1097947), страница 28

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

Текст из файла (страница 28)

Особоевнимание уделяется описанию возбуждения излучающих и метастабильных состояниймолекулы азота, представляющих интерес для эмиссионной и абсорбционной спектроскопииазотной НТП.146Впервые, возбуждение колебательных уровней электронных состояний нейтральной ииона молекулы азота описывается с детализацией по уровням, что позволяет использоватьуровневую полуэмпирическую СИМ для интерпретации и обработки спектров КАРС,эмиссионных и абсорбционных спектров газовых разрядов в азоте.Определен самосогласованный набор уровневых сечений упругих и неупругихстолкновений электронов с молекулами азота.

Он, впервые, явным образом учитывается прирешении кинетического уравнения для энергетического спектра электронов. Это позволилоколичественно описать результаты экспериментов, выполненных в диссертации, а такжедругими авторами.В отличие от моделей расчета компонентного состава в азотной НТП, представленных влитературе, в уровневой полуэмпирической СИМ азотной НТП, развитой в диссертации,существенно расширена кинетическая схема процессов с участием тяжелых нейтральных изаряженных частиц, обуславливающих формирование спектров испускания, абсорбции и КАРСгазовых разрядов в азоте.

Процессы с участием нейтральных и ионизованных молекул азотарассматриваются с детализацией по колебательным уровням основного и электронновозбужденных состояний. Главное внимание обращается на кинетику верхних излучающихсостоянийинтеркомбинационногопереходасистемыВегарда-Каплана,электрическихдипольно-разрешенных переходов второй и первой положительной системы азота, а такжепервой отрицательной системы иона молекулы азота.Для описания теплоотвода, процессов гетерогенной дезактивации колебательнойэнергии молекул и рекомбинации атомов азота на поверхности предложен новый подход,который является дальнейшим развитиемметодаравнодоступнойповерхности.

Оносновывается на привлечении экспериментальных данные о распределениях концентраций итемператур по сечению разрядных камер цилиндрической геометрией, полученных методомоптической интерферометрии в диссертации, а также различными авторами. Он позволяетполучить полуэмпирические соотношения для источников, описывающих в уравненияхтеплопроводности и для компонентного состава, теплоотвод и процессы гетерогеннойдезактивации колебательной энергии молекул и рекомбинации атомов азота на поверхности сучетом их зависимости от поступательной температуры, усредненной по сечению илиизмеренной на оси разрядной камеры.На основе развитой в диссертации уровневой полуэмпирической модели азотнойнизкотемпературной плазмы исследованы механизм нагрева газа, кинетика ФРЭЭ и ФРКУмолекулы азота в основном состоянии в разрядах постоянного тока в азоте.147Выполнено сравнение измеренных и рассчитанных, в диссертации и другими авторами,ФРЭЭ и ФРКУ молекулы азота в основном состоянии, а также значений поступательнойтемпературы.Определенозначениекоэффициентаскорости01K10колебательно-колебательногоэнергообмена между молекулами азота.Показано, что сформированный самосогласованный набор уровневых сечений икоэффициентов скоростей, описывающих кинетику электронной компоненты и колебательновозбужденных молекул азота, позволяет получить удовлетворительное согласие с результатамиизмерений ФРЭЭ и ФРКУ молекул азота в тлеющем разряде постоянного тока.Установлено, что в ПС ТРПТ при низких давлениях (3.5 – 9.5 Тор) и токе 50 мА, вначальный момент времени пребывания газа в 3 мс, перераспределение молекул по нижнимколебательным уровням ( v = 1 – 5) основного состояния молекулы азота обуславливаетсяконкуренцией процессов колебательного возбуждения молекул электронным ударом и близкогок резонансному колебательно-колебательному энергообмену между молекулами азота.

Сувеличением времени пребывания молекул азота в разрядной зоне (  3 мс) функцияраспределения по нижним колебательным уровням ( v =0–5) молекулы азота оказывается слабочувствительной к способу накачки колебательных уровней. Роль процессов диффузии игетерогенной дезактивации колебательной энергии молекул мала по сравнению с процессамирезонансного колебательно-колебательного энергообмена между молекулами азота. Величинаколебательной температуры первого уровня заметно уменьшается с увеличением K1001 и слабочувствительна к изменению вероятности гетерогенной дезактивации колебательной энергиимолекул.

Наилучшее согласие между вычисленными и измеренными значениями заселенностей-14низколежащих уровней молекулы азота достигается при K1001 =0.9103-1см сек . Полученноезначение K1001 согласуется со значением, предсказанным в квантово-классической моделиБиллинга-Фишера.Нагрев газа, в интервале времени пребывания молекул азота от 4 до 10 мс, при значенияхпоступательной температуре от 300 К до 500 К обусловлен нерезонансным колебательноколебательным обменом между молекулами на нижних и высоколежащих колебательныхуровнях от 10 до 15.

Приращение величины поступательной температуры количественноописывается при использовании в модели, предложенной автором диссертации, формулы связидля расчета уровневых коэффициентов скоростей колебательно-колебательного энергообменамежду молекулами азота. Рассчитанные значения поступательной температуры и ФРКУмолекулы азота в основном состоянии находятся в удовлетворительном согласии сизмеренными в диссертации и другими авторами.148Экспериментальное исследование и численное моделирование эволюции заселенностейнижних колебательных уровней ( v =0–5) основного состояния молекулы азота во времени всильноточном ИТР при средних давлениях в азоте показывает, что на стадии импульсногоразряда: ФРКУ молекулы азота отличается от распределения Больцмана; ФРВУ молекулы азотаподчиняется распределению Больцмана; поступательная температура совпадает с комнатной исвидетельствует об отсутствии явления быстрого нагрева газа; изменение заселенностейколебательных уровней молекул определяется преимущественно прямым электронным ударом.На ранней стадии послесвечения разряда изменение заселенностей происходит главнымобразом в результате столкновений первого и второго рода электронов с колебательновозбужденными молекулами; на поздней стадии послесвечения разряда преобладающимпроцессом в перераспределении молекул по нижним уровням является колебательноколебательный обмен между молекулами азота.

Уточненное значение коэффициента скоростидля реакции ассоциативной ионизации с участием атомов в метастабильных состоянияхулучшает согласие рассчитанных ФРКУ молекулы азота с измеренными на ранней стадиипослесвечения; наилучшее соответствие между расчетными и измеренными заселенностямимолекул на поздней стадии послесвечения имеет место при значении коэффициента скоростиколебательно-колебательного обмена (91)  10-15 см3сек-1. Оно согласуется со значением,полученным в положительном столбе тлеющего разряда при низких давлениях.149Глава 2. Эмиссионная спектроскопия распределений энергии по внешним и внутреннимстепеням свободы частиц в газовых разрядахВведениеМетоды ЭС широко используются в исследованиях кинетики частиц (атомов,молекулярных соединений и их ионов) в электронно-возбужденных состояниях в газовыхразрядах [73, 271–334].

Одной из фундаментальных проблем, связанной с развитиемспектральных методов диагностики НТП, состоит в том, чтобы определить механизмы физикохимических процессов, формирующие распределения заселенностей частиц по излучающимэнергетическим уровням. Это позволит оптимальным образом выполнить селекцию атомныхлиний и молекулярных полос в спектрах испускания для диагностики параметров НТП.Важным этапом решения этой проблемы является развитие экспериментально-расчетныхметодик для оптической диагностики НТП, сочетающих уровневые полуэмпирические СИМ иметоды ЭС.Для количественной спектральной диагностики оптически тонкой НТП [73, 277, 281,282, 286–288, 290-292, 296, 301, 304, 308, 309, 316–319, 321–323, 325, 327, 330–333, 580, 588,589,1063–1086]:применяютсяметодыфотометрическихизмеренийабсолютныхиотносительных интенсивностей и спектральных контуров молекулярных полос и атомныхлиний; запись спектров испускания осуществляется сканирующим и широкополоснымспособами; компонентный состав газа определяется в результате исследований спектральногосостава плазмы методом сравнения и идентификации спектров испускания.При использовании спектрометра со спектральным разрешением, позволяющимизмерить в спектре испускания НТП свободные от суперпозиции интенсивности линий,распределения заселенностей частиц по энергетическим уровням в излучающем возбужденномсостоянии est восстанавливаются методами абсолютных и относительных интенсивностей.Концентрации возбужденных частиц определяются методом абсолютных интенсивностей.На практике, часто применяются эмиссионные спектрометры со спектральнымразрешением, при котором регистрируется спектр с неразрешенной вращательной структурой сполным, либо частичным разрешением атомных линий и молекулярных полос.

При обработкемолекулярных спектров используются методы неразрешенной вращательной и частичноразрешенной колебательной структуры. Предполагается, что распределения заселенностеймолекул и их ионов в пределах исследуемой группы вращательных и колебательных уровней визлучающемверхнемэлектронномсоответствующими вращательнымисостоянииTrot  est est ,являютсяи колебательнымибольцмановскимиTv  est стемпературамивозбуждения. Они являются подгоночными параметрами и определяются посредством150сопоставления амплитуд и контуров измеренного и рассчитанного спектров методаминеразрешенной вращательной и частично разрешенной колебательной структуры [657, 662,1087–1176].Преимущество ЭС с высоким спектральным разрешения состоит в том, что приобработке спектров не требуется вводить предварительные предположения о характерераспределения заселенностей частиц по энергетическим уровням в состоянии est .

Характеристики

Список файлов диссертации