Диссертация (1097947), страница 29

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

Текст из файла (страница 29)

Вэкспериментах исследуется зависимость от энергии значений натурального логарифмаотношения заселенностей к кратности вырождения группы исследуемых квантовых уровней.Если зависимость аппроксимируется распределением Больцмана, то вводятся эффективныетемпературы возбуждения Tel  est  , Trot  est  , и Tv  est  , соответствующие исследуемым группамэлектронных, вращательных и колебательных уровней частиц. Значение температурывозбуждения определяется по углу наклона прямой, определяющей измеренную зависимость.Сочетание методов ЭС с моделями термодинамического, локально-термодинамическогои частичного локально-термодинамического равновесия плазмы [271, 272, 281, 286, 295, 317319, 328-330, 334], с моделями, основанными на корональном приближении [73, 271, 272, 281,330, 334], с уровневыми столкновительно-излучательными моделями НТП [73, 389-399, 580], состолкновительно-излучающими моделями НТП в приближении многотемпературной кинетики[197, 662, 1101, 1103, 1104], существенно расширяет диагностические возможностиспектроскопии.

Подобное сочетание является одной из современных тенденций развитияспектроскопических методов диагностики НТП [330,334]. В условиях термодинамическогоравновесия вращательная температура Trot  est  совпадает со значением поступательнойтемпературы Tg [73, 271, 272, 281, 286, 295, 307–309, 317–319, 328–332,334]. В НТП тождествоTrot  est  = Tg справедливо при следующих условиях [73, 307, 308, 317, 318, 330–332, 334]:1.частоты прямых  cf и обратных  cr процессов столкновений, связанных принципомдетального равновесия, излучающих молекул с частицами газа и сопровождающихся обменомэнергией между поступательными и вращательными степенями свободы ( RT -обмен энергией),намного превышают вероятности их радиационного распада Arad и частоты  cr неупругихпроцессов и химических реакций (  cf , cr >> Arad , cr ), ведущих к изменению заселенностеймолекул на излучающих уровнях;2.в наблюдаемых спектрах испускания частиц интенсивность излучения не искажается (врезультате реабсорции, рефракции, переотражения от элементов разрядной камеры, оптическойсистемы и т.д.);3.характерное время RT - обмена энергией  R  1 /  cf меньше, чем время t p пребываниямолекул в зоне газоразрядной плазмы  R  t p .151В газовых разрядах при низких давлениях ( p ≤10 Тор), частоты прямых и обратныхпроцессов столкновений излучающих молекул с тяжелыми частицами плазмообразующего газа,сопровождающихся RT - обменом энергией, как правило, меньше, чем вероятности ихрадиационногораспада(  cf , cr << Arad ).Условие(1)невыполняется.Определениепоступательной температуры в НТП возможно при следующих, дополнительных к условиям (2и 3), предположениях [73, 307, 308, 317, 318, 330–332,334].4.Образование молекул на излучающих ЭКВ уровнях происходит в результатестолкновений электронов с молекулами, находящихся в основном электронном состоянии est .5.ФРВУ молекул в состояниях est и est подчиняются распределениям Больцмана.Основное состояние est должно быть стабильным.

Оно выполняется для большинствадвухатомных молекул. В результате RT - обмена энергией между поступательными ивращательными степенями свободы молекул, в пределах группы вращательных уровней,преимущественно, с низкими значениями J  устанавливается больцмановское распределение стемпературой Trot  est  = Tg [133, 137, 141, 189, 193, 197].6.При переходе ( est  est ) из основного состояния молекулы est в излучающеевозбужденное состояние est , который инициируется при её столкновении с электроном,существенного изменения характера распределения по ЭКВ уровням молекулы азота непроисходит.

Распределение в возбужденном состоянии est «копирует» распределение всостоянии est . Оно описывается формулой Больцмана с вращательной температурой Trot  est  .Для определения величины Trot  est  справедливо тождество [1177]:Trot  est  Trot  est , (2.0)Brot  est  Brot  est где Trot  est  , Brot  est  и Trot  est  , Brot  est  - вращательные температуры, постоянные основногои возбужденного состояний молекулы, соответственно. При выполнении условий (4-6)значение Tg определяется из тождества (2.0) по измеренному значению вращательнойтемпературы Trot  est  .Экспериментально-расчетная методика, основанная на сочетании модели НТП [73, 307,308, 317, 318, 330, 331, 332, 334] и методов ЭС [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], широкоиспользуется для определения поступательной температуры: в проточных реакторах [1178–1186]; в таунсендовском разряде [1187]; в тлеющем разряде постоянного тока [308, 389, 390,152392, 494, 590, 708, 734, 1033, 1090, 1108, 1114, 1126, 1128, 1130, 1132-1134, 1137, 1141–1148,1151, 1153, 1156, 1158, 1188–1200]; импульсном тлеющем разряде [133, 141, 308, 667, 1201–1212]; в ВЧ разряде [580, 582, 585–589, 1114, 1154, 1213–1221]; в СВЧ разряде [395, 525, 526,529, 1106, 1114, 1116–1119, 1122–1126, 1129–1132, 1135–1139, 1141–1155, 1157, 1159, 1222–1227]; в барьерном разряде [664, 1229–1231]; в коронном разряде [677, 710–712, 1102, 1162,1163, 1115, 1120, 1221, 1127, 1140, 1233-–1235]; в высокоскоростной волне ионизации [669,1236]; в газовом разряде, возбуждаемом электронным пучком [1237–1240]; в сверхзвуковойструе молекулярного азота, возбужденного в дуговом разряде [1093] и послесвечении газовыхразрядов [133, 141, 395, 525, 526, 529, 667, 719, 1201, 1202, 1059, 1241–1247].Корональное приближение [73, 271, 272, 281, 330, 334], уровневые [73, 389–399, 580,1248–1258] и многотемпературные [197, 662, 1101, 1103, 1104] СИМ НТП основываются натом, что первичные процессы с участием нейтральных и заряженных частиц в электронновозбужденных состояниях играют важную роль в кинетике ФРЭЭ и ФРКУ молекул в основномсостоянии (параграфы 1.3 и 1.4, глава 1).

Это обусловлено эффективным обменом энергиеймежду поступательными и внутренними степенями свободы электронов и возбужденныхчастиц, соответственно. В молекулярной слабоионизованной плазме для электроннойкомпоненты, это особенно выражено, в области высоких значений энергии электронов, вкоторой расположены максимумы значений неупругих сечений соударений электронновозбужденных молекул с электронами.

Для колебательно-возбужденных молекул в основномсостоянии, роль возбужденных частиц проявляется в кинетике заселенностей молекул навысоких колебательных уровнях. Решение задачи, связанное с исследованием ФРКУ молекул вэлектронно-возбужденныхсостояниях,являетсяактуальной,посколькуспособствуетповышению точности определения высокоэнергетической части ФРЭЭ и ФРКУ молекул восновном электронном состоянии. Особое внимание уделяется развитию спектральных методовдиагностики vib  N 2  азотосодержащей НТП.

Уровневая СИМ азотосодержащей НТП,предложенная в [73,389–399] для определения ФРКУ молекулы азота в основном состоянии1 g , основывается на предположениях, что механизм заселения и девозбуждения электронноколебательных состояний C 3u , vC молекулы азота описывается процессами (10.0 и 19.0,таблица 3, глава 1) и отсутствует реабсорбция излучения. В [308, 494, 1191, 1215] былпредложен подход к оценке высокоэнергетической части ФРЭЭ и к определениюколебательной температуры Tv  X 1g  по измерениям интенсивностей в спектрах переходов извозбужденных электронных состояний. Методы абсолютных и относительных интенсивностей,неразрешенной вращательной структуры и частично разрешенной колебательной структуры в153сочетании с уровневой СИМ из [73, 389–399], описывающей кинетику состояний C 3u , vCпосредством процессов (10.0 и 19.0, таблица 3, глава 1), использованы для определениязначений поступательной Tg , вращательной Trot  est  и колебательной Tv  est  температурымолекулы азота в состоянии est (= C 3 u ), а также колебательной температуры Tv  X 1g молекулы азота по полосам N2  C 3u  B3 g  : в ТРПТ [133, 141, 330, 308, 334, 389–392, 399,494, 667, 564, 567, 570, 572, 574–576, 1114, 1126, 1128, 1130, 1132–1134, 1137, 1141–1148, 1151,1153, 1156, 1158, 1191, 1196, 1198,1199]; в ВЧ разряде [580, 585–589, 1214, 1215, 1218]; всвободно-локализованном СВЧ разряде [73, 395], СВЧ разряде, инициируемом в сверхзвуковомпотоке газа [1106] и в призматическом резонаторе [397, 398, 655, 666, 1259]; в «бегущей» дуге[1260]; в газовом разряде, инициируемом между жидкими электродами [1097].

В [1192] дляизмеренияоснованнаяTv X 1gнаазотной НТП предложена экспериментально-расчетная методика,измеренииабсолютныхзначенийконцентрацииN2 B 2u , vBi  0впредположении, что электронно-колебательное состояние B 2u , vBi  0 образуется в результатепроцесса(146.0,таблица3).Основныетрудностиприменениявышеуказанныхэкспериментально-расчетных методик для интерпретации и обработки спектров испусканияНТП обусловлены [133, 141, 330]: сложностью определения механизма заселения излучающихквантовых уровней частиц; неравновесным распределением энергии по внешним и внутреннимстепенямсвободычастиц;пространственнойнеоднородностьюгазовыхразрядов.Висследованиях слабоионизованной плазмы, часто, приходится сталкиваться с ситуацией, вкоторой распределения частиц по уровням энергии (по скоростям) могут заметно отличаться отраспределений, рассчитанных по формулам Больцмана, Тринора, либо с использованиемвыражений Тринора-Гордиеца.

Характеристики

Список файлов диссертации