Диссертация (1097947), страница 36

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

Текст из файла (страница 36)

Он содержит циркулятор и измерительную линию. Циркулятор являетсяустройством развязки. Он служит для защиты магнетрона от отраженной электромагнитнойволны при нарушении согласования СВЧ генератора с СВЧ нагрузкой. Измерительная линияиспользуется для контроля уровня согласования в волноводном тракте СВЧ мощности Win ,генерируемой магнетроном, и СВЧ мощности Wref , отраженной СВЧ нагрузкой.183Рис.78. Расчетный (сплошная линия) и измеренный (точки , соединенные пунктирнойлинией) спектры N2  C 3u , vC  B3 g , vB  и N 2 ( B 2u   2g ) в диапазоне длин волн 390 –430 нм. Экспериментальные условия как на рис. 77.

Точки  обозначают расчетныйпарциальный спектрN 2 ( B 2u   2g ) , формирующий суммарный расчетный спектр(сплошная линия). Спектр записан с помощью спектрометра КСВУ – 23.Рис.79. Расчетный (сплошная линия) и измеренный (точки , соединенные пунктирнойлинией) спектры N2  C 3u , vC  B3 g , vB  и N 2 ( B 2u   2g ) в диапазоне длин волн 450 –475 нм. Экспериментальные условия как на рис. 77. Пунктирная линия обозначает расчетныйпарциальный спектрN 2 ( B 2u   2g ) , формирующий суммарный расчетный спектр(сплошная линия). Спектр записан с помощью спектрометра КСВУ – 23.184Резонаторный СВЧ разряд создается в кварцевой трубке, пересекающей резонатор черезотверстие в широкой стенке прямоугольного волновода.

В эксперименте использовалась трубкас внутренним диаметром 20 мм с толщиной стенки 1.5 мм. СВЧ разряд занимает объём, равныйприблизительно 12 см3. Важнейшим интегральным энергетическим параметром установкиявляется величина СВЧ мощности Pabs , поглощенная НТП. Чтобы измерить поглощеннуюплазмой мощность, использовался калориметрический метод [1305].

Для этой цели разряднаятрубка охлаждалась кремний - органической жидкостью с малыми потерями в СВЧ диапазоне.Температура жидкости слабо отличалась от комнатной температуры. Увеличение температурыжидкости составляло несколько градусов по Цельсию и измерялось с помощью двухтерморезисторов, помещенных на вход и выход системы охлаждения. Эти терморезисторыбыли включены в мост сопротивлений, дисбаланс которого был пропорционален величине Pabs .Возможная ошибка измерений поглощенной мощности не превышала 10%. Удельнаяпоглощенная мощность Pabs была в диапазоне от 0.2 до 0.8 Вт·см-3. Вакуумная системапозволяла откачивать разрядную камеру до 10-3 Тор и обеспечивала прокачку азота с расходом,равным 200 – 500 см3·мин-1.

Давление газа в резонаторном СВЧ разряде в азоте изменялось вдиапазоне от 1 до 4 Тор. Исследования эмиссионных спектров резонаторного СВЧ разрядавыполнено в протоке технического азота при давленииp =1 Тор. Характерное времяпребывания t p молекул азота в разрядной зоне составляло, приблизительно, 15–40 мс.Для регистрации эмиссионных спектров излучения разрядов постоянного токаприменяется автоматизированный спектральный комплекс КСВУ–23 [1079], который подробноописан в предыдущем подпараграфе 2.2.2. В резонаторном СВЧ разряде фотометрическиеотносительные измерения интенсивностей излучения выполнены в диапазоне длин волн от 390до 475 нм.

Эмиссионные спектры разряда регистрировались из центральной части разряднойтрубки с использованием световолокна и системы кварцевых линз (рис. 63). Измеренныеспектры излучения являются усредненными по сечению разрядной трубки.На рис. 77 – 79 приведены рассчитанные и измеренные спектры излученияN2 C 3u , vC  B3 g , vBи N2  B 2u  X 2g  в диапазоне длин волн от 390 до 475 нм длярезонаторного СВЧ разряда. Спектральный состав излучения СВЧ разряда, возбуждаемого, врезонаторе в диапазоне длин волн 390 – 480 нм, представлен интенсивными полосамиN2 C 3u , vC  B3 g , vBи N 2  B 2u  X 2g  . Присутствие полос первой отрицательнойсистемы иона молекулы азота с интенсивностью, соизмеримой с интенсивностью полос второйположительной системы нейтральной молекулы азота, обуславливает различие спектральныхсоставов излучения резонаторного СВЧ разряда и разрядов постоянного тока.185Таблица 7.

Результаты определения параметров СВЧ разрядов в азотосодержащих смесяхЭкспериментально - расчетная методикаKTg, KTv(est’), KTr(est’), KСВЧ разряд, газ,областьp,ТорNe,см-3Pabs,Вт/см31.71.510111.54500500R1300150T1.09.010100.43500S40046050S1.01.31011<74500S50055050S1.0810100.13600S40046050SЭлектродный, N24.81.31011<7900200SЭлектродный, N2151.31011<74.81.31011<74.01.31011<7Tv(X1Σ+g),1900-2200S4000100SПрямоугольныйволновод, N25500-6300C46050CРезонаторный, N255050CЭлектродный, N2,приэлектродная1000-1100S3940-4190C7200800B1000110C1080350BЭлектродный, N2,приэлектродная500100S5100600C7200B500100C480100BЭлектродный, N2 - He,приэлектродная1000250S6700520C6100-6600B900200CЭлектродный, N2 - H2,приэлектроднаяПримечание.

Верхний индекс обозначает метод определения температуры: «S» - температураопределена с помощью экспериментально - расчетной методики, сочетающей уровневуюполуэмпирическую СИМ с методами ЭС. Температура получена из обработки спектровизлучения второй «C» и первой «B» положительной системы азота с помощью уровневойполуэмпирической СИМ азотной НТП; «T» - температура определена из решения уравнениятеплопроводности; «R» - определена с помощью экспериментально - расчетной методики,сочетающей уровневую полуэмпирическую СИМ с зондовыми измерениями ФРЭЭ в СВЧразрядеВращательные температуры, соответствующие излучающим верхним электроннымсостояниям нейтральной молекулы азота C  u и иона молекулы азота B u определяются3методомнеразрешеннойвращательной2структуры.Результатырасчетовспектроввпредположении больцмановского распределения молекул по вращательным уровням энергиисостояний C  u и B u хорошо совпадают с результатами экспериментов при Trot  C 3u  =32Trot  B 2u  = 460±60 К (таблица 7).

Время жизни C  u и B u состояний порядка 10-8–10-7 с32[302, 741] и соизмеримо со временем вращательной релаксации [189]. Полученное значение186температуры в резонаторном СВЧ разряде совпадает со значением температуры, рассчитаннымиз уравнения теплопроводности [657, 665, 947, 1126, 1130, 1131, 1132, 1137, 1307–1310]. Онаопределялась из уравнения теплопроводности в предположении независимости поглощеннойплазмой удельной мощности от радиуса разрядной трубки [1305].

Это предположениебазируется на известном факте, что в диффузионном режиме разряда, который реализуется вусловиях экспериментов, концентрация электронов является убывающей функцией радиуса. Вто же время из-за скинирования напряженность электрического поля растет при приближении кстенке разрядной трубки. Это делает распределение удельного энерговклада болееравномерным, и оно полагалось постоянным по радиусу.

Полученное таким образом значениепоступательной температуры на оси разряда равно 500 К, а средняя температура 420 К, чтонаходится в согласии с результатами спектральных измерений. Это позволяет сделатьзаключения, что:оба метода могут использоваться для оценок средней поступательнойтемпературы; в резонаторном СВЧ разряде вращательные температуры Trot  C 3u  и Trot  B 2u совпадают со значением поступательной температуры. Интенсивности полос (3–7), (2–6), (1–5),(1–6), (4–10) и (3–9) N2  C 3u , vC  B3 g , vB  спектрально переналагаются с полосами (1–2),(0–1), (5–7), (5–6), (2–3), (3–4), (3–5), (1–3), (0–2) N 2  B 2u , viB  X 2g , viX  .

Для определенияФРКУ молекулы азота в состоянии C 3 u резонаторном СВЧ разряде использованы полосы (2–5), (1–4), (0–3), (4–8) и (3–7). ФРКУ иона молекулы азота в состоянии B 2  u определена пополосам (4–6), (3–5), (2–4), (1–3) и (0–2).Рис.80. Измеренная (точки) ФРКУмолекулы азота в состоянииC 3 uврезонаторном СВЧ разряде при давлении 1Тор и удельной мощности Pabs=0.4 Втсм-3.Результат расчета ФРКУ молекулы азота спомощьюуровневойполуэмпирическойСИМ азотной НТП, развитой в диссертации.Рис.81. Измеренная (точки) ФРКУмолекул иона азота в состоянии B 2  u врезонаторном СВЧ разряде. Условия как нарис. 80.187Колебательныераспределения,определенныеметодомчастичноразрешеннойколебательной структуры, при найденных значениях вращательных температур Trot  C 3u  иTrot  B 2u  , приведены на рис.

80 и 81. ФРКУ молекулы и иона молекулы азота в электронно -возбужденных состояниях не подчиняются распределению Больцмана. Как и в безэлектродномВЧ разряде индуктивно-емкостного типа в азоте (подпараграф 2.2.2), зависимость измеренныхзначений ln N vC N vC 0 и ln N viB N viB 0 от колебательных квантовых чисел vСи viB являетсянелинейной. Например, для состояния C  u , уменьшение заселенности уровня vС =2 по3сравнению с заселенностями, соответствующих соседним колебательным уровням vС = 1 и vС =3, также наблюдались в распределении заселенностей, измеренных в тлеющем разрядепостоянного тока в [1213, 1214].Численное моделирование (следующая глава 3) процессов возбуждения-девозбуждениясостояния C 3 u показывает, что в резонаторном СВЧ разряде наряду с прямым электроннымударом молекул азота из колебательных состояний основного электронного состояния X 1 g(процесс 10.0, табл.3, глава 1), в формирование ФРКУ молекулы азота в состоянии C 3 u ,прямо либо опосредованно дают свой вклад вторичные процессы (18.0, 31.0 – 40.0, 43.0, 44.0,46.0, 46.1, 47.0 – 50.0, 77.0, табл.3, параграф 1.3), ответственные за образование и гибельмолекул азота в метастабильном состоянии A3  u .

Дезактивация колебательных состоянийэлектронного состояния C 3 u происходит, преимущественно, в результате радиационногораспада (процесс 19.0 из табл. 3, параграф 1.3). В совокупности эти процессы могут приводитьк ФРКУ молекулы азота в состоянии C 3 u , отличной от больцмановской. Для состоянияB 2  u , такими процессами могут быть, например, процессы (146.0 – 146.3, табл. 3, глава 1).2.2.4. Электродный СВЧ разряд: спектральный состав излучения,пространственная структура, распределение энергии по внутренним степеням свободымолекулы азотаСхема установки для исследований ФРКУ молекул азота в возбужденном состоянииC 3 u в электродном СВЧ разряде [1306] методами ЭС приведены на рис. 64.Электромагнитная волна мощностью до 180 Вт генерируется магнетронным генераторомнепрерывного действия (Луч–58–1), работающим на частоте 2.45 ГГц.

Характеристики

Список файлов диссертации