Диссертация (1097947), страница 39

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

Текст из файла (страница 39)

Условия такие же, какна рис. 86. Черный прямоугольникпоказывает положение электрода.Рис.93. Распределение молекул азота по колебательным уровням в электродном СВЧразряде (а,б) при объемном расходе 6 л/ч (подводимой СВЧ мощности 70 Вт) и давлении 15Тор. Точки - эксперимент. Состояние C3 Π u (a): 1 - секвенция Δv =-1; 2 – секвенция Δv =-2.Линии – расчет значений ln  N v /N vCC =0 по формуле Больцмана при колебательной температуреTvC  C3 Π u  = 4000 К. Состояние B3 Π g (б): 1 - секвенция Δv =+3; 2 – секвенция Δv =+4.Полученное соотношение значений Trot  C 3u  для разных полос находится в согласии срезультатами работ [590, 1088, 1188] и не подтверждает выводы работ [1033, 1189] озавышенномзначенииTrot  C 3u приеёизмерениипополосе0–0перехода198N 2 (C 3 u  B3 g ) . Завышенное значение вращательной температуры, полученное в работе[1033], объясняется содержанием в газе незначительной примеси молекул NH, которая частоприсутствует в разрядной системе без протока газа.

Полосы 0–0 и 1–1, соответствующиетриплетному переходу3  3  молекулы NH переналагаются с полосой 0–0 переходаN 2 (C 3 u  B3 g ) и приводят к завышению Trot  C 3u  . На рис. 90–93 приведены результатыизмерений абсолютных значений концентраций молекулы и иона молекулы азота ввозбужденных состояниях C 3 u и B 2u , соответственно, а также колебательной температурывозбуждения Tv  C3 Πu  , ФРКУ молекулы азота в электронных состояниях C 3 u и B3 Πg .CВ диапазоне низких давлений ( p  1 Тор), натуральный логарифм от относительныхзаселенностей ln Nv NvCC молекулы азота в состоянии C 30u, определенных с использованиемразличных секвенций v =-4, -3, -2 и -1 полос излучения N 2 (C 3u  B3 g ) совпадали впределах погрешности.

ФРКУ, определенные методами относительной интенсивности ичастично-разрешенной электронно-колебательной структуры полос секвенций v =-4, -3, -2 и -1N2 C 3u  B3 g , как с использованием преобразования Абеля, так и без него, находятся всогласии. На рис. 90 приведены результаты определения ФРКУ молекулы азота в состоянииC 3 u методом частично-разрешенной электронно-колебательной структуры. ФРКУ молекулыазота и соответствующая этому распределению температура возбуждения TvC  C 3 u  (рис. 91) вприэлектродном слое слабо зависят от радиуса r .

Как видно на рис. 90, ФРКУ молекулы азота всостоянииC 3 uописывается распределением Больцмана. Колебательная температуравозбуждения TvC  C 3 u  соответствующая колебательным уровням vС= 0 – 4, лежит в пределах5500 – 6300 К (рис. 91, таблица 7).Колебательная температура возбуждения TBi  B 2u  , определенная методом частичноразрешенной колебательной структуры и соответствующая колебательным уровням vBi=0 и 1состояния B 2u , имела более высокое значение 6800 К.Расчеты по модели [73, 330, 334, 389–399] показывают, что заселенности состоянияC 3 u хорошо аппроксимируются формулой Больцмана в диапазоне Tv  X1g   3000 – 5000 К стемпературой возбуждения TvC  C 3 u   4800 – 6300 К (сплошная линия 3) (рис. 90).

Сувеличением Tv  X1g   5500 К в расчетах наблюдается перезаселение уровней vС=3 и 4 поотношению к заселенностям vС = 0 – 2. Перезаселение уровней увеличивается и наиболее199выражено при расчете ФРКУ молекулы азота в основном состоянии X 1 g по формуле Тринораи с уменьшением Tg (сплошная линия 4). При температурах Tv  X1g  < 3000 К наблюдаетсязаметное отклонение от расчетов по формуле Больцмана (сплошная линия 1). Наилучшеесогласие между расчетами и измерениями достигается при расчете ФРКУ молекулы азота восновном состоянииX 1 gпо формуле Тринора при температуре заселения первогоколебательного уровня Tv  X1g  = 4500 – 5000 К и поступательной температуре Tg =600 К.

Рис.иллюстрирует92радиальноераспределениеконцентрацийN2  C 3u , vC  0  4 иN2  B 2u , vB  0  , определенных из абсолютных измерений интенсивностей полос секвенцииv =-2 N 2 (C 3u  B3 g ) с использованием преобразования Абеля. Измеренные значенияN2  C 3u , vC  0  4  лежат в диапазоне от 6  108 до 4  109 см-3, а абсолютное значениеN2  B 2u , vB  0  составляет 2  108 см-3. Наблюдается слабый рост измеренных заселенностейпри увеличении r . Это особенно четко проявляется для N2  B 2u , vB  0  и находится вкачественном согласии с результатами самосогласованного двухмерного моделированияразряда в азоте [636].

Значение рассчитанного удельного энерговклада в приэлектродном слоебыло немного ниже его оценочного значения 7 Вт/см3 [1122, 1123] и составляло Pabs = 5 Вт/см3.В диапазоне средних давлений ( p  15 Тор), измеренные распределения относительныхзаселенностей по колебательным уровням состояния C3 Π u описываются формулой Больцмана(рис.93а).ВеличинаколебательнойтемпературыTvC C3Πu ,соответствующейбольцмановскому распределению заселенностей уровней vC =0 – 4, составляет приблизительно3940 – 4190 К (погрешность 12%) (таблица 7). Как и в случае разрядов постоянного тока, вэлектродном СВЧ разряде, при средних давлениях,ФРКУ v B = 3–12 состояния B3 Πg отличается от распределения Больцмана (рис. 93б).Для колебательных уровней v B =3 и v B =4 наблюдается плато.

Заселенности уровней v B = 5–11монотонно уменьшаются с увеличением номера уровня v B и подчиняются распределениюБольцмана. Формально для описания поведения заселенностей, соответствующих даннымколебательным уровням, можно вести понятие температуры возбуждения TvB  B3Πg  .

ЗначениеTvB B3Πgне изменяется с увеличением силы тока в пределах погрешности её определения.Величина TvB  B3Πg  составляет, приблизительно, 7200±800 К (таблица 7).2002.3. Исследование методами эмиссионной спектроскопии влияния состава смеси гелия сазотом на характеристики тлеющего разряда постоянного тока и СВЧ разрядаХимическая активность НТП в азоте и смесях гелия с азотом He  N 2 обуславливает еёширокое применение для решения разнообразных научных и прикладных задач [1315–1324].Оптической диагностике НТП отводится важная роль в исследованиях физико-химическихявлений в НТП [73, 271–333, 381, 389–399, 580, 588, 589, 1063–1270, 1280–1299, 1307–1314].Исследованиям НТП различных газовых разрядов в смесях He  N 2 посвящены работы [52, 394,734, 1140, 1165, 1166, 1194, 1247, 1325–1369].В работе [52] приведены результаты исследований разрядов постоянного тока в смесяхазота с гелием при криогенных температурах, выполненые методами электрофизическихизмерений и оптической визуализации.В [1325–1328] предложен метод измерения колебательной температуры Tv  X 1g основного состояния X 1 g молекулы азота и поступательной температур Tg в НТП в смесиHe  N2 по спектрам излучения N2  B 2u  X 2g  .

В [1328] методом ЛИФ исследованораспределение заселенностей иона молекулы азота по ЭКВ уровням состояния B 2u ионамолекулы азота. Установлено, что оно удовлетворительно описывается формулой Больцмана.В [1325–1327] для определения vib  N 2  в СВЧ разряде в азоте к колебательно возбужденным молекулам азота в основном состоянии 1 g на выходе из разрядной зоныдобавлялись атомы гелия He в метастабильном состоянии 2 3S . Они в столкновениях сколебательно - возбужденными молекулами азота N 2  1g , v  образуют ионы молекулы азотав состоянии B 2u (процесс пеннинговской ионизации) с энергией возбуждения ниже пределаего диссоциации:He  23 S   N2  X 1g , v   He  N 2  B 2u , vBi   e .(2.3.0)Измерение заселенностей N 2  B 2u , vBi  по колебательным уровням vBi состояния B 2uпозволяет восстановить заселенности по колебательным уровням v основного состояния X 1 g .В СВЧ разряде [1326, 1327] при давлениях p = 1 – 3 Тор величина колебательной температурыTv  X 1g  изменяется в диапазоне 1000 – 3000 К; поступательная температура НТП,определяемая из измерений спектров излучения N2  B 2u  X 2g  , составляет 310 – 360 К.Более широкий диапазон изменения колебательной температуры в послесвечении СВЧ разряда201в азоте получен в [1328] при давлении 0.38 Тор и комнатной температуре.

Она изменялась вдиапазоне от 500 К до 6000 К.Работы [394, 1329, 1330, 1331] посвящены иследованиям распределения интенсивностейв спектрах излучения N2  C 3u  B3 g  и N2  B 2u  X 2g  , колебательного возбуждениямолекул азота в основном состоянии X 1 g в результате процесса пеннинговской ионизации(2.3.0) в послесвечении разряда с полым катодом, ТРПТ и СВЧ разряда в смеси He  N 2 . ФРКУмолекул азота в основном состоянии X 1 g определялась из измерений концентраций атомовгелия He  23 S  , заселенностей по колебательным уровням vBi иона молекулы азота ввозбужденном состоянии B 2u и поступательной температуры Tg . Поступательная температураопределялась по спектрам разрешенной ЭКВ структуры полосN 2  C 3  u  B 3 g иN2  B 2u  X 2g  методом относительных интенсивностей.

Установлено, что в послесвеченииТРПТ и СВЧ разряда в смеси He  N 2 распределение заселенностей N2  X 1g , v  3 заметновыше по сравнению с больцмановским распределением. Колебательная температура Tv  X 1g  ,в послесвечении ТРПТ при давлении 5 Тор, изменяется в диапазоне 300 – 8000 К с увеличениемсилы тока от 5 мА до 80 мА. Значения Tg лежат в диапазонах 320 – 500 К и 490 – 890 К в зонепослесвечения и ПС ТРПТ в азоте, соответственно. В послесвечении СВЧ разряда приувеличении молярной концентрации азота в смеси He  N 2 от 0.001 до 0.1 при давлении 1.5 Тори комнатной поступательной температуре величина Tv  X 1g  изменялась немонотонно: прималых значениях молярной концентрации азота 0.001 – 0.007 её значение увеличивалось от5300 К до 5700 К; в диапазоне молярной концентрации 0.007 – 0.1 она монотонно уменьшаласьдо 3000 К.В [734] исследовано влияние силы разрядного тока (10 – 130 мА) и парциальныхдавлений гелия ( p = 0 – 20.5 Тор) и азота ( p = 20.5 Тор) на заселенности молекул азота всостояниях A3u , v A = 0, C 3 u , vC = 0, B3 g , vB =3 и иона молекулы азота B 2u , vBi = 0 в ПСИТР и послесвечении.

Установлено, что при малых парциальных давлениях гелия в смесиHe  N2 преобладают процессы (43.0, 88.0, табл. 3, параграф 1.3, глава 1), которыеограничивают образование N 2  A3u , vA  . С увеличением парциального давления He припостоянном давлении N 2 происходит увеличение концентрации N 2  A3u , vA  . Колебательно возбужденные молекулы N 2  X 1g , v  эффективно дезактивируются в результате VT-202релаксации в соударениях с атомами He . При высоких значениях парциального давления гелиядоминируют процессы (31.0 – 40.0, 46.0, 46.1, табл.

Характеристики

Список файлов диссертации