Диссертация (1097947), страница 38

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

Текст из файла (страница 38)

Спектр разряда в диапазоне длинволн λ= 382 – 500 нм представлен переходами: секвенций Δv =-3, -4, и -6 N2  C3Πu  B3Πg (рис. 85).Рис.88. Аксиальные распределения выбранныхполосN 2 (C 3u  B3 g )(375и380нм)иИнтенсивность излучения, отн.ед45N2 ( B3 g  A3u )403530(662 нм) излучения азота придавлении 1 Тор.

Черный прямоугольник показывает25положение электрода.201538037510Рис.89.662 нм500510152025Радиальноеинтенсивностей30Z, ммраспределениеизлученияполосИнтенсивность, отн. едN 2 (C 3u  B3 g ) (380 нм) и N2 ( B3 g  A3u )(678 нм) при давлении 1 Тор на разных расстояниях-20 mm2461000от конца электрода (“минус” означает наблюдениевдоль хорды, пересекающей электрод). Черный+(1 )0 mmпрямоугольник показывает радиальное положение8 mm12mm100электрода(диаметр5мм).Протокгазаосуществляется через канал в электроде.1020406080Радиальное положение, отн. ед100В отличие от спектра разрядов постоянного тока (подпараграф 2.2.1) в спектреэлектродного СВЧ разряда, как и в спектре резонаторного СВЧ разряда (подпараграф 2.2.2),достаточно надежно можно отождествить сильные полосы секвенции Δv =0 N+2  B2 Σ+u  X2 Σg+ (рис.

86). Спектр разряда, как и в разрядах постоянного тока, для длин волн свыше 500 нм,преимущественно, состоят из полос, относящихся к переходам секвенций Δv =+6, +5, +4, +3 и+2 N2  B3Πg  A3Σu+  азота (рис. 87). Полосы N2  B3Πg  A3Σu+  спектрально переналагаются впределах каждой из секвенций Δv =+2, +1, 0, -1, -3, -4 и v  +6, +5, +4, +3, +2, соответственно.194Наиболее интенсивные полосы N2 B3Πg  A3Σu+в электродном СВЧ разряде и разрядахпостоянного тока, соответствуют переходам секвенций Δv =+3 и +4. Они выбраны дляисследования ФРВУ и ФРКУ состояния B3Π g .

Спектральный состав излучения электродногоСВЧ разряда, как в разрядах постоянного тока, слабо изменяется с увеличением давления вдиапазоне от 1 Тор до 15 Тор. Интенсивности полос N2  C3Πu  B3Πg  , свободных отспектрального переналожения, возрастают с увеличением подводимой СВЧ мощности. Во всемисследуемом диапазоне давлений, соотношение интенсивностей полос N2  C3Πu  B3Πg  ,N2 B3Πg  A3Σu+и N+2  B2 Σ u+  X 2Σ g+  различно в разных частях разряда: в приэлектроднойобласти преобладают полосы N 2 (C 3u  B3 g ) и N 2 ( B 2u   2g ) , тогда как в сферическойобласти преобладает излучение N2 ( B3 g  A3u ) системы азота. Это связано с сильнойнеоднородностью СВЧ поля в разряде, которая приводит к различным механизмам заселенияизлучающих состояний в разных частях разряда.

В приэлектродной области (область высокихзначений амплитуды напряженности электрического поля) преобладают процессы с участиемэлектронов, процессы радиационного распада и гетерогенные процессы на электроде - антенныс участием возбужденных частиц. В сферической области разряда (область относительно невысокихзначенийамплитудынапряженностиэлектрическогополя)-доминируютстолкновительные процессы с участием частиц в электронно - возбужденных состояниях ипроцессы радиационного распада. Рисунки 88 и 89 иллюстрируют пространственную структуруэлектродного СВЧ разряда - аксиальные и радиальные распределения полос излучения азота.Излучение N2 ( B3 g  A3u ) уширено по сравнению с излучением N 2 (C 3u  B3 g ) , чтоиллюстрирует большую роль вторичных процессов в инициировании N2 ( B3 g  A3u )излучения по сравнению с излучением N 2 (C 3u  B3 g ) .

Во всем исследуемом диапазонедавлений, рассчитанные чередования интенсивностей полос, соответствующих переходамсеквенций Δv =-1, -2 N2  C3Πu  B3Πg  , Δv =+3, +4 N2  B3Πg  A3u  и Δv =0 N+2  B2 Σ+u  X2 Σg+  ,удовлетворительно описывают измеренные спектры разряда (рис. 83 – 87). Расчетные спектры впредположении больцмановского распределения молекулы и иона молекулы азота по ЭКВуровням состояний C 3 u , B3 Πg молекулы азота и B 2u иона молекулы азота, соответственно,хорошо совпадают с измеренными. Как и в резонаторном СВЧ разряде, электродном СВЧразряде значение Trot  C 3u  совпадает со значениями Trot  B3Πg  и Trot  B2 Σ+u  в пределахпогрешности определения.195Например, значения Trot  C 3u  и Trot  B3Π g  в электродной области, при p =15 Тор и Win =70 Вт,составляют Trot  C3Π u  =1000±110 К и Trot  B3Πg  =1080±350 К, соответственно (таблица 7).Величины Trot  C 3u  , Trot  B3Πg  и Trot  B2 Σ+u  в диапазоне изменения падающей СВЧ мощностиPin = 30–110 Вт и p=1–16 Тор азота лежат в пределах 500–1100 К.При давлении газа в диапазоне от 3 до 15 Тор среднее время между столкновениямимолекул приблизительно совпадает с τ R состояний C3Π u , B3 Πg и B 2u , которое изменяется впределах 10-8 – 10-7 с [189] и заметно меньше времени пребывания нейтральных и заряженныхмолекул в приэлектродной области СВЧ разряда.

Времена жизни исследуемых состояниймолекулы C3Π u и иона молекулы B 2u азота составляют 10-8 – 10-7 с [302, 741] и соизмеримы сτ R , либо меньше, чем τ R . В области меньших давлений ситуация облегчается тем, чтовозбуждение идет электронным ударом из основных состояний молекулы и иона молекулыазота,гдевращательно-поступательнаярелаксациязакончиласьивращательноераспределение возбужденных состояний копирует распределения в основных состояниях [73,307, 308, 317, 318, 330, 331, 332, 1177]. Значения Trot  C 3u  , Trot  B3Πg  и Trot  B2 Σ+u удовлетворительно согласуются с определенными из уравнения теплопроводности значениямиTg . Величина Trot  C3Π u  увеличивается с ростом давления и подводимой мощности в СВЧразряде. Всё это свидетельствует о том, что величины Trot  C3Π u  , Trot  B3Πg  иTrot B2 Σ+uсовпадают со значением Tg в приэлектродной области электродного СВЧ разряда (таблица 7).В сферической области электродного СВЧ разряда формирования исследуемыхвозбужденных состояний молекулы и иона молекулы азота происходит в результате вторичныхпроцессов.

Полученное значение Trot  C 3u  можно использовать как верхнюю границу приоценке усредненного по объему сферической области электродного СВЧ разряда значения Tg .Зависимость Trot  C 3u  от Win представлена на рис. 83 в верхней центральной части. Нарис. 84 приведена зависимость Trot  C 3u  от давления p . Характер этих зависимостей сходенс известными для других типов разрядов, например, для разрядов постоянного тока (рис. 31,параграф 1.1, глава 1).

Наблюдается заметное увеличение Trot  C 3u  и Tg с ростом Win и p . По- видимому, это связано с тем, что повышается скорость передачи энергии с колебательныхуровней v основного состояния X 1 g и электронных степеней свободы молекулы азота впоступательные и вращательные степени свободы молекулы азота в результате процессов VV и VT – обмена энергий и тушения возбужденных состояний при столкновениях частиц [115,196123, 130, 133, 137, 141, 145, 158, 175, 189, 193, 197, 200, 212]. Рост Trot  C 3u  и Tgсвидетельствует об увеличении удельного энерговклада в электродном СВЧ разряде.В эксперименте определяется усредненная по оси наблюдения Trot  C 3u  . ПогрешностьTrot  C 3u  определяется, в основном, погрешностью измерения спектров.

Для ее нахожденияобрабатывались спектры разных полос секвенцийv =-2, -1, 0, -3 и -4 переходаN 2 (C 3 u  B3 g ) . Значение Trot  C 3u  при p= 1 Тор и Win =70 Вт, при обработке полос 1-4,0-3, 3-7, 2-6 составляло 650±60 К, а Trot  C 3u  , полученные 0-2, 1-3, 2-4, 3-5 и полос 0-1, 1-2 и0-0 равнялись 680±60 К и 700±60 К, соответственно.Рис.90.

ФРКУ молекулы азота в состоянии C 3 u при r =0 мм. Точки - эксперимент: ()- v =-3; () - v =-2; () - v =-4 и () - v =-1. Сплошные линии - расчет по модели [389–399]: 1 - Tv  X1g  = 1000 К; 2 - Tv  X1g  =4000 К; 3 - Tv  X1g  =5000 К и 4 - Tv  X1g  =6000 К.Поступательная температура Tg =600 К.

Штриховая линия - расчет с использованием уровневойполуэмпирической модели, развитой в диссертации, при E =140 В/см и N e =1.0 1011 см-3.Условия такие же, как на рис. 86.Погрешность измерений Trot  C 3u  , определенная в результате обработки несколькихсерий экспериментальных спектров, соответствующих различным полосам секвенций v =-2, 1, 0, -3 и -4 перехода N 2 (C 3 u  B3 g ) не превышала 10%. С ростом мощности Win и давления197p погрешность измерения Trot  C 3u  слабо изменялась. Так, при p= 15 Тор и Win =170 Вт,значения Trot  C 3u  , полученные по полосам секвенции v =-2 и полосам секвенций v =-1, 0равнялись 1000±70 К и 1100±70 К, соответственно.Рис.91.Измеренноерадиальноераспределение колебательной температурывозбуждения Tv  C3 Πu  состояния C 3 u .CУсловия такие же, как на рис. 86.Рис.92.РадиальноераспределениезаселенностейN2  C 3u , vC  0  4  и N2  B 2u , vB  0 в приэлектродном слое: () - vC =0; ()- vC =1; () - vC =2; () - vC =3; () -vC =4; () - vB =0.

Характеристики

Список файлов диссертации