Диссертация (1097947), страница 41

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

Текст из файла (страница 41)

94. Для напускагазов используются два регулятора расхода газов РРГ-12, работа которых контролируетсяблоком питания и управления: первый рассчитан на расход газа вплоть до 360 л/ч (принормальных условиях) и применяется для напуска технического азота N 2 ; второй рассчитан нарасход газа вплоть до 720 л/ч (при нормальных условиях) и используется для напуска He .Газоразрядная кювета и балластный объем откачиваются до давлений ~10 -3 Тор.

Во избежаниепопадания паров масла в кювету используется ловушка с жидким азотом. Кювета представляетсобой кварцевую трубку с внутренним радиусом R=1.8 см. Система водяного охлажденияпозволяет поддерживать температуру стенки, равной 300 К. Кольцевые титановые электроды(анод и катод) помещаются внутри кюветы на расстоянии L  58 см. Полное давление смесиравно 7.6 Тор, парциальный расход азота Q  N 2  =2.2 л/ч, парциальный расход гелия Q  He 207изменялся в пределах 4–47 л/ч. ТРПТ инициируется и поддерживается с помощьювысоковольтногоисточникапитанияSL1200(Spellman).Приведеннаянапряженностьэлектрического поля E / N в ПС ТРПТ оцениваются с учетом падения напряжения в катодномслоеUd ≈140–180Внаосновесоотношения(1.1.9,параграф1.1.4,глава1)[10,29,31,44,58,64,89]. Значение E / N = 38  5 Тд не изменяется с увеличением Q  He  вуказанном диапазоне при давлении 7.6 Тор и силе тока I =70 и 90 мА.Рис.95.

Фотографии ТРПТ (a, б) при силе тока 70 мА: (а) - 9.5 Тор, Q  N2  =8 л/ч( P N =22%), Q  He  =28 л/ч ( P He =78%), (б) - 7.6 Тор, Q  N2  =8 л/ч ( P N =41%), Q  He  =11.3 л/ч22( P He =59%).Фотографии ТРПТ в поперечном сечении приведены на рис. 95. Для спектральныхисследований ПС ТРПТ в диапазоне =300 – 744 применялись спектрометры AvaSpec–3648,AvaSpec–2048 и AvaSpec–2048–4RM [1080, 1082] (параграф2.1). При регистрацииэмиссионных спектров используется волоконная оптика (диаметром 200 мкм) с системойсобирающих кварцевых линз. Погрешность измерения интенсивности излучения составляет12%–14%.

Эмиссионные спектры ПС ТРПТ регистрируются через торцевые кварцевые окошки(материал КУ–1, прозрачный в диапазоне длин волн =200 – 800 нм) из центральной частиразрядной кюветы вдоль их оси с использованием двух диафрагм. Интенсивность эмиссионныхспектров является усредненной по линии наблюдения, совпадающей с осью разрядной камеры.Компонентный состав и время пребывания плазмообразующего газа в ПС определяютсяв приближении идеального газа и однородного распределения параметров плазмы по сечению идлине разрядной трубки.

Величины находятся из уравнений закона сохранения концентрациймолекул азота и атомов гелия Q  N2 , He   N stN2 , He  S  vg  N PN2 , He , а также уравнения состояниягаза p   N PN2  N PHe   kb  Tg , где vg - скорость течения смеси, Tg - поступательная температура208частиц ( N 2 и He ), которая полагается равной 300 К, S    R2 - площадь поперечного сеченияразрядной трубки.Рис.96.

Фотографии электродного СВЧ разряда в смесях азота с гелием при полномдавлении 4.5 Тор и подводимой СВЧ мощности 108 Вт: г - Q  N2  =0 л/ч ( P N =0%), Q  He  =1.82л/ч ( P He =100%), д - Q  N2  =0.02 л/ч ( P N =1%), Q  He  =1.8 л/ч ( P He =99%), е - Q  N2  =0.04 л/ч2( P N =2%), Q  He  =1.8 л/ч ( P He =98%), а - Q  N2  =0.06 л/ч ( P N =3%), Q  He  =1.8 л/ч ( P He =97%), б22- Q  N2  =0.18 л/ч ( P N =9%), Q  He  =1.8 л/ч ( P He =91%), в - Q  N2  =0.36 л/ч ( P N =17%),22Q  He  =1.8 л/ч ( P He =83%).Концентрации молекул азота N stN2 и атомов гелия N stHe соответствуют нормальнымусловиям.

Величины N PN2 и N PHe обозначают концентрации N 2 и He , соответственно, придавленииp  7.6 Тор. Процентные содержания азота и гелия в смеси определяются209соотношениями P N2 , He Q  N 2 , He 100 , где Qsum  Q  N2   Q  He  - полный объемный расходQsumсмеси. Время пребывания частиц смеси в ПС t p определяется по формуле:t p = Lei p Tst   R 2, (2.3.3) pst Tg Qsumздесь Tg - поступательная температура смеси, которая определяется из обработки спектровизлучения.Рис.97. Спектры излучения ПС ТРПТ в диапазоне длин волн 290 – 457 (а) и 457 – 740 нм(б) нм при полном давлении p =7.6 Тор и силе тока 70 мА: 1 (сплошная линия) - P N2  12 % иP He  88 % ( Qsum  15.2 л/ч); 2 (пунктирная линия) - P N2  10 % и P He  90 % ( Qsum  18.3 л/ч); 3210(штрихпунктирная линия) - P N2  8 % и P He  92 % ( Qsum  24.6 л/ч).

Эмиссионные спектрызаписаны с помощью спектрометра AvaSpec–3648–USB2Рис.98. Спектры излучения приэлектродной области СВЧ разряда в диапазоне длин волн290 – 457 нм (а) и 457 – 740 нм (б, интенсивность N2  C 3u  B3 g  увеличена в 4 раза) приполном давлении p =4.8 Тор и падающей СВЧ мощности Pin  108 Вт: 1 (сплошная линия) –азот, P N2  100 % ( Qsum  0.06 л/ч); 2 (штрих - пунктирная линия) - смесь He  N 2 , P N2  2 % иP He  98 % ( Qsum  2.5 л/ч); 3 (пунктирная линия) - приP He  100% ( Qsum  0.06 л/ч).Эмиссионные спектры записаны с помощью спектрометра AvaSpec–2048.211Рис.99. Спектр излучения ПС ТРПТ в диапазоне длин волн 345 – 500 нм при полномдавлении p =7.6 Тор, силе тока 90 мА, P N2  6 % и P He  94 % ( Qsum  35.4 л/ч) смеси He  N 2 .Эмиссионные спектры записаны с помощью спектрометра AvaSpec–2048–4RM.Экспериментальнаяустановкапространственно-неоднородногоСВЧразряда,возбуждаемого вблизи электрода - антенны, описана в предыдущем (подпараграфе 2.2.3).Подводимая СВЧ мощность Win составляет 108 Вт.

Измерения эмиссионных спектровпроводится в проточной системе в смеси He  N 2 при постоянном полном давлении 4.8 Тор.Объемный расход гелия Q  He  изменяется в диапазоне 0.06÷3.6 л/ч при постоянном расходеазота Q  N 2  =0.06 л/ч. На рис.96 приведены фотографии СВЧ разряда в смесях азота с гелием.ЭмиссионныеспектрызаписываютсяспомощьюспектрометраAvaSpec–2048изприэлектродной пленки (параграф 2.1).2.3.1. Спектральный состав излученияНа рис. 97 – 99 приведены обзорные спектры излучения ПС ТРПТ и приэлектроднойобласти СВЧ разряда в смеси He  N 2 при разном составе смеси.Таблица 9.

Излучательные переходы, наблюдаемые в ПС ТРПТ и приэлектроднойобласти СВЧ разряда в смеси гелия с азотом в диапазоне длин волн от 290 нм до 750 нмМолекулаСистема (переход)N2N 2  C 3u  B3 g Секвенция,v+2Полоса,v  vДлина волны,нм4-23-1295.32296.20212N 2  B3 g  A3u 2-0297.68+14-33-22-11-0310.40311.67313.60315.9304-43-32-20-0326.81328.53330.90337.13-12–31-20-1350.05353.67357.69-24-63-52-41-30-2364.17367.19371.05375.54380.49-34-73-62-51-40-3385.79389.46394.30399.84405.94-44–83-72-61-50-4409.48414.18420.05426.97434.36-54-93-82-7435.50441.67449.02+612-611-5503.08505.36+512-711-610-59-48-37-26-15-0537.28540.71544.93547.86551.56555.37559.29563.27+412-811-710-69-58-47-36-25-1575.52580.43585.44590.60595.90601.36606.97612.74+312-911-8618.52625.28213OHN 2H10-79-68-57-46-35-24-13-0632.29639.47646.85654.48662.36670.48678.86687.50+29-78-67-56-45-3696.78705.90716.48727.33738.66OH  A2  X 2 00-0306.36N 2  B 2u  X 2g +13-22-11-011-1012-11354.89356.39358.21366.81373.31+215-13373.03+419-15365.57+522-17375.61+829-21394.01010-101-10-0387.51388.43391.44-13-42-31-20-1416.58419.91423.67427.81-21-30-2465.18470.92Hδ410.17Hγ434.05Hβ486.13Hα656.28C2C2 (d 3 g  a 3u )+24-2436.5200-0516.52214CNCN( B2  X 2)012-1213-13395.33399.11-20-2460.61sR21R2482.77R1484.17Q1484.53-6He7-1483.261s3 p  3P1  1s2s  3S1388.864561s3 p  3P2  1s2s  3S1388.864891s8d  D2  1s2 p  P1392.654431s8s  1S0  1s2 p  1P1393.59452111s4 p  1P1  1s2s  1S01s7d  1D2  1s2 p  1P11s7s  1S0  1s2 p  1P1396.47288400.92565402.397981s5d  D1  1s2 p  P2402.618441s5d  3D2  1s2 p  3P2402.61859331s5d  3D3  1s2 p  3P21s5d  3D1  1s2 p  3P1402.61860402.619671s5d  3D2  1s 2 p  3P1402.619831s5d  D1  1s2 p  P033402.635691s5s  3S1  1s2 p  3P2412.081071s5s  3S1  1s2 p  3P11s5s  S1  1s2 p  P03412.082373412.099151s6d  1D2  1s2 p  1P1414.375901s6s  1S0  1s2 p  1P11s4d  3D1  1s 2 p  3P2416.89715215447.147041s4d  3D2  1s2 p  3P2447.147411s4d  D3  1s2 p  P233447.147431s4d  3D1  1s 2 p  3P1447.148561s4d  D2  1s2 p  P133447.148931s4d  3D1  1s 2 p  3P0447.168321s4d  1D2  1s2 p  1P11s3 p  P1  1s2s  S01492.193101501.567801s4s  1S0  1s2 p  1P1504.773841s3d  D1  1s2 p  P2331s3d  3D2  1s2 p  3P2587.55987587.561391s3d  3D3  1s2 p  3P2587.561481s3d  D1  1s2 p  P1587.562511s3d  3D2  1s2 p  3P1587.56403331s3d  3D1  1s2 p  3P0587.596631s3d  D2  1s2 p  P1111s3s  3S1  1s2 p  3P2667.81517701.51791s3s  S1  1s2 p  P1331s3s  3S1  1s2 p  3P01s3s  1S0  1s2 p  1P1701.5217701.5710728.1351Примечание.

v  и v  – колебательные уровни, соответствующие верхнему излучающемуи нижнему состояниям.Излучательные переходы, наблюдаемые в ПС ТРПТ и приэлектродной области СВЧразряда в смеси гелия с азотом в диапазоне длин волн от 290 нм до 750 нм приведены в таблице9. В диапазоне длин волн   290 – 740 нм в спектре излучения ПС ТРПТ ( P N2  35 – 8 %,216P He  65 – 92 % ( Qsum  4  24.60 л/ч)) и приэдектродной области СВЧ разряда ( P N2  2 %,P He  98 % ( Qsum  2.5 л/ч)) наблюдаются: спектральные линии атомов водорода H и гелия He ,полосы молекулы углерода C2 (секвенции v =+2 и 0 системы Свана), OH радикала(секвенции v =0 системы OH  A2  X 2  ), циана CN (секвенции v =0, -2 и -6 системыCN ( B2  X 2) ), азота N 2 (секвенции v  +2,+1, 0, -1, -2, -3, -4, -5 N2  C3Πu  B3Πg  иv  +6,+5, +4, +3 и +2 N2 B3Πg  A3u ) и молекулярного иона азота N 2 ( v  0, -1, -2N+2 B2 Σ+u  X2 Σ+g ).

Присутствие линий атома водорода H и молекулярных полос C2 , CN иOH в спектре излучения разрядов объясняется наличием загрязнений. Спектры излучения ПСТРПТ и СВЧ разряда в диапазоне длин волн   290–457 нм различаются слабо (рис.97а ирис.98а), но отличия наблюдаются в диапазоне длин волн   457–740 нм (рис.97б и 98б). Вспектре СВЧ разряда дополнительно присутствуют интенсивные линии водорода серииБальмера H (   656.28 нм) и H  (   486.13 нм), а также группа линий гелия He ,соответствующих переходам между синглетными и триплетными электронными состояниями.Кроме того, в спектре СВЧ разряда наблюдаются переходы (1–3) и (0–2) N+2  B2 Σ+u  X2 Σg+  , а вэмиссионном спектре ПС ТРПТ присутствует полоса (0–0) системы Свана молекулы углеродаC2 .

Различие спектрального состава излучения исследуемых разрядов обусловлено, вероятно,более высокими значениями напряженности электрического поля в приэлектродной областиСВЧ разряда, по сравнению с её величиной в ПС ТРПТ. В приэлектродной области СВЧразрядапреобладаютN2 C3Πu  B3Πgпроцессы,инициируемыеэлектроннымударом.Полосыи N2  B3Πg  A3Σ u+  в спектрах испускания, записанных с помощьюспектрометров AvaSpec–3648 и AvaSpec–2048, спектрально переналагаются в пределах каждойиз секвенций v =+2, +1, 0, -1, -3, -4 и v  +6, +5, +4, +3, +2, соответственно. В СВЧ разрядераспределение интенсивности полосы (0–0) N+2  B2 Σ+u  X2 Σg+  заметно искажается вследствиееё спектрального переналожения с атомарными линиями гелияHe , полосой (1–1)N+2 B2 Σ+u  X2 Σg+ , а также с соседними полосами (3–6) и (2–5) N2 C3Πu  B3Πg .

Характеристики

Список файлов диссертации