Диссертация (1097947), страница 43

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

Текст из файла (страница 43)

Эмиссионный спектр записан спомощью спектрометра AvaSpec–2048–4RM.С увеличением Q  He  интенсивность полосы (22–17) N+2  B2 Σ+u  X2 Σg+  в ПС ТРПТзаметно возрастает, как это иллюстрирует рис. 100а для полосы (0–0) N+2  B2 Σ+u  X2 Σg+  . При222Q  He   28 л/ч ( P He  93% и P N2  7%), она уже заметно возмущает интенсивность полосы (1–N2 C3Πu  B3Πg3)экспериментеи, таким образом, обуславливает увеличение наблюдаемого враспределенияинтенсивностивокрестностидлиныволны375нм.Результирующее распределение интенсивности становится доминирующим по отношению кинтенсивностям полос (0–2), (2–4) и (3–5) N2 C3Πu  B3Πg .Поведение интенсивностей полос переходов N+2  B2 Σ+u  X2 Σg+  и N2  B3Πg  A3Σ u+  взависимости от Q  He  в ПС ТРПТ и приэлектродной области СВЧ разряда различается(рис.100а и 100б, соответственно).

В СВЧ разряде оно имеет более сложный характер, чем в ПСТРПТ. Объяснение поведения интенсивностей полос N+2  B2 Σ+u  X2 Σg+  , и N2  B3Πg  A3Σu+  вспектре излучения в ПС ТРПТ и приэлектродной области СВЧ разряда состоит в следующем.Образование и гибель молекулярного иона в состоянии B 2u , vBi в НТП происходит врезультате: процесса пеннинговской ионизации (2.3.0); реакций перезарядки с участиематомарного He (2.3.1) и молекулярного He2 (2.3.2) ионов гелия; прямого электронного удара(110.0, 110.1, 111.0, табл. 3, параграф 1.3, глава 1); реакций конверсии (146.0–146.4) иHe  N2  B2u , vBi   N2  X 1g , v   N 4  He ; (2.3.4)диссоциативной рекомбинации (136.1-136.4); процессов столкновительной дезактивацииэлектронно - колебательных состояний B 2u , vBi (143.0–143.2); процесса радиационногораспада состояний B 2u , vBi (147.0). В ПС ТРПТ конкуренция данных процессов обуславливаетувеличение интенсивностей полос N+2 B2 Σ+u  X2 Σg+ , наблюдаемых в эксперименте.

При этомследует ожидать, что роль процессов (2.3.0 – 2.3.2 и 2.3.4) с участием метастабильных атомовHe  23 S  и ионов He гелия, а также молекулярного иона гелия He2 в кинетике состоянияB 2u , vBi молекулы иона азота будет возрастать по мере увеличения Qsum . В приэлектроднойобласти СВЧ разряда, по - видимому, существенную роль в образовании N 2  B 2u , vBi  играютпроцессы ионизации N 2  X 1g , v  и возбуждения N2  X 2g , vXi  электронным ударом. Как и вслучае состояния C 3 u молекулы азота, с ростом Qsum при постоянных значениях давления ипарциального расхода молекулярного азота приводит к спаду интенсивности полосы (0–0)N+2 B2 Σ+u  X2 Σg+ .

Образование и гибель молекул азота в возбужденном состоянии B3Πg ,vBмолекулы азота может происходить в результате процессов (43.0, 46.0 и 46.1, табл. 3, параграф1.3, глава 1), а также процессов223N  2 D, 4 S   N  4 S   He  N 2  B3 g , vB   He , (2.3.5)N2  B3 g , vB   He  products .

(2.3.6)и процессов (9.0, 18.0, 42.0, 44.0, 45.0, 73.0, 74.0, 76.0, 77.0, 78.0, 79.0, 89.0 и 91.0, табл. 3,параграф 1.3, глава 1) [133, 141, 657, 734, 947, 1166, 1247]. Зависимость интенсивностиизлучения полосы (6–3) N2  B3Πg  A3Σu+  от компонентного состава смеси в обоих разрядахсходна с той, что получена для полосы (0–0) N+2  B2 Σ+u  X2 Σ+g  . В отличие от состоянийC3Πu ,vC , образование молекул азота в состоянииB3Πg ,vBв разрядах обусловлено,преимущественно, вторичными процессами (43.0, 46.0, 46.1, 42.0, 44.0, 45.0, 73.0, 74.0, 76.0,77.0, 78.0, 79.0, 89.0 и 91.0, табл. 3, параграф 1.3, глава 1).

Вторичные процессы и уменьшениепроцентного содержания молекулярного азота P N2 с ростом Q  He  при постоянных значенияхp и Q  N 2  , по - видимому, дают в результате наблюдаемое в экспериментах изменениеинтенсивности полосы (6–3) N2  B3Πg ,vB  A3Σu+ ,vA  .2.3.2. Функции распределения по электронно - колебательно - вращательным уровняммолекулы азота в возбужденных состоянияхРассчитанныеN+2 B2 Σ+u  X2 Σ+gспектрыизлученияN 2  C 3  u  B 3 g  ,N2  B3 g  A3u ив предположении больцмановского распределения молекулы азота и ионамолекулы азота по ЭКВ уровням энергии в излучающих состояниях C 3 u , B3 g и B2 Σ u+ ,соответственно, удовлетворительно описывают измеренные спектры испускания разрядов (рис.101 – 103).

Данный результат находится в хорошем согласии с результатами работ [394, 1166,1194, 1127, 1243, 1247, 1326–1328, 1330, 1331]. В СВЧ разряде в азоте значения Trot  C 3u  иTrot  B3 g  составляют 900  190 К и 1080  200 К, соответственно, при p  4.8 Тор и Pin  108Вт (таблица 7). Эти величины находятся в удовлетворительном согласии с результатами,полученными ранее в [1116, 1118, 1119]. В [1122–1124] установлено, что вращательныетемпературы Trot  B 2u  и Trot  C 3 u  совпадают в пределах погрешности. Значения Trot  B 2u  ,Trot  B3 g  и Trot  C 3 u  в приэлектродной области СВЧ разряда не зависят от компонентногосостава смеси He  N 2 , но оказываются намного меньше, чем Trot  B 2u  , Trot  B3 g  и224Trot  C 3u  в СВЧ разряде в азоте. Так, например, значения Trot  B 2u  , Trot  C 3u  и Trot  B3 g в диапазоне Q  He  =0.3–3.6 л/ч ( P He  83  98 % и P N2  17  2 %) равняются 500  100 К и480  100 К, соответственно (рис.

101 и 102а, таблица 7). Равенство значений Trot  B 2u  иTrot  C 3u  было получено ранее в работах [657, 665, 666, 1122–1124] для условийприэлектродной области СВЧ разряда, а также в СВЧ разрядах, возбуждаемых впрямоугольном волноводе и резонаторе в азоте.Вращательные температуры Trot  C 3u  и Trot  B3 g  в ПС ТРПТ, определенные пополосам излучения N2  B3 g  A3u  и N2  C 3u  B3 g  (рис. 102б и 103, соответственно),в рассматриваемых разрядах в смесях He  N 2 не зависят от компонентного состава исовпадают в пределах погрешности. Их значения в смеси ( Trot  C 3u  =700  80 К иTrot  B3 g  =720  80К)несколькониже,чемсоответствующиезначения( Trot  B3 g  = Trot  C 3u  =800  80 К) в азоте. В ПС ТРПТ при расходе гелия Q  He   4 л/ч( P He  65% и P N2  35%) вращательная температура Trot  B 2u  , определенная по полосе (0–0)N+2 B2 Σ+u  X2 Σg+ , совпадает со значением Trot  C 3u  .

Так, например, значения вращательныхтемператур, определенных методом неразрешенной вращательной структуры из обработкираспределений интенсивностей переходов (0–2), (2–5), (1–4) N2  C 3u  B3 g  и (0–0) при p  7.6 Тор и силе тока 90 мА составляют T C    700  80 К и B    660  70 К (рис. 103), соответственно. С ростом расхода гелия Q  He   33 л/чN+2 B2 Σ+u  X2 Σg+Trot23rotuu( P He  94% и P N2  6%) при постоянных значениях p и силы тока наблюдается различие междузначениями Trot  C 3u  и Trot  B 2u  .

Величина Trot  B 2u  равняется 960  100 и заметно выше,чем значения Trot  C 3u  и Trot  B3 g  . Различие в значениях вращательных температурTrot  B 2u  и Trot  C 3 u  наблюдалось в ПС ТРПТ [1194] и в коронном разряде [1127] в смесяхHe  N2 , а также в катодном слое ТРПТ в азоте [1133,1134]. Согласно данным из [302],измеренные времена жизни  est молекулы азота в состояниях est = C 3 u , B3 g и иона молекулыазота в состоянии B 2u лежат в диапазонах 34  49 нс, 3300  10000 нс и 40  80 нс,соответственно. При аппроксимации заселенностей N est v в выражении (2.1.36, параграф 2.1)распределениемБольцманавинтервалеколебательныхтемпературвозбуждения225Tv  est   300  7000 К ( est = C 3 u , B3 g и B 2u , v  vC , vB и vBi ) не сильно влияет нарезультаты расчетов  est . Оценка значения времени пребывания молекулы азота и ионамолекулы азота t p в активной зоне обоих разрядов с помощью соотношения (2.3.3) показывает,что она заметно превышает времена жизни  rad  est  данных состояний и составляет t p  0.3 с.Время релаксации  R , рассчитанное в приближении модели твердых сфер (с использованиемразличных аппроксимаций выражения зависимости сечения столкновений между He и N 2 отпоступательной температуры) и с использованием потенциала взаимодействия между He и N 2по Леннард-Джонсу равняются 12  19 нс и 19 нс, соответственно.

Они меньше, чем временажизни  rad  est  данных состояний. Это является основанием для заключения, что в рамкахданных моделей поступательно - вращательная релаксация молекул азота на атомах гелия вусловиях НТП разрядов завершилась. Для иерархии времен t p ,  rad  est  и  R справедливосоотношение:t p   rad  est    R . (2.3.7)Рис.104. ФРКУ в состоянии C 3 u (а) - в приэлектродной области СВЧ разряда и (б) - ПСТРПТ. (а)p  4.8 Тор, падающая СВЧ мощность 108 Вт, парциальный расход гелияQ  He   0.3–3.6 л/ч ( P He  83–98% и P N2  17–2%). Точки - эксперимент: 1 - в смеси He  N 2 ; 2 в азоте.

Линии - расчет по формуле Больцмана при температуре возбуждения: 3 Tv  C 3u  =3900 К; 4 - Tv  C 3u  =5700 К. (б) p  7.6 Тор, сила тока 70 мА: 1 - Tv  C 3u  =4800К, Q  He   13 л/ч ( P He  86% и P N2  14%); 2 - Tv  C 3u  =4900 К, Q  He   15 л/ч ( P He  88% иP N2  12%); 3 - Tv  C 3u  =5300 К, Q  He   18 л/ч ( P He  90% и P N2  10%).При добавлении к азоту атомарного гелия возрастает теплоотвод из активной зоныразрядов.

Поступательная температура в смеси He  N 2 должна уменьшаться. В эксперименте226наблюдается уменьшение вращательных температур Trot  C 3u  и Trot  B3 g  в ПС ТРПТ иприэлектродной области СВЧ разряда при добавлении гелия к молекулярному азоту. Данныйрезультат, а также выполнение соотношения (2.3.7) и описание распределений заселенностеймолекул азота по ЭКВ уровням в состояниях C 3 uB 3 gиформулой Больцманасвидетельствует в пользу того, что Trot  C 3u  и Trot  B3 g  совпадают с поступательнымитемпературами в обоих разрядах в смеси He  N 2 . Этот вывод справедлив и для Trot  B 2u  ,измеренной в условиях приэлектродной области СВЧ разряда. В ПС ТРПТ в пределах высокихзначений Qsum наблюдаемое различие в значениях Trot  C 3u  , Trot  B3 g  и Trot  B 2u  , по видимому, связано с изменением механизма образования иона молекулы азота в состоянииB 2u .

Измеренные значения Trot  C 3u  и Trot  B3 g  в ПС ТРПТ использовались дляопределения приведенной напряженности электрического поля E / N .Рис.105. ФРКУ в состоянии B3 g(а) - в ПС ТРПТ и (б) - приэлектроднойобласти СВЧ разряда. (а) p  7.6 Тор,силатока90мА,Q  He   13л/ч( P He  86% и P N2  14%): 1 - v  4 и 2v  3N2  B3 g  A3u  .(б)p  4.8Тор, подводимая СВЧ мощность 108Вт, Q  He   3.6л/ч( P He  98%иP N2  2%): 1 - v  4 и 2 - v  3N2  B3 g  A3u  .2.3.3. Функции распределения по электронно - колебательным уровням молекулы азота ввозбужденных состоянияхНа рис. 104 приведены результаты определения ФРКУ молекулы азота в состоянииC 3 u в приэлектродной области СВЧ разряда и ПС ТРПТ в азоте и смесях He  N 2 .В обоих разрядах распределения слабо изменяются с ростом процентного содержанияатомарного гелия P He смеси He  N 2 .

Характеристики

Список файлов диссертации