Диссертация (1097947), страница 46
Текст из файла (страница 46)
ФРКУ, восстановленные по результатамспектральных измерений, при сходных условиях в ИТР в смеси N2 -H2 и в N 2 , совпадают. Вотличие от результатов [133, 141, 1374], ФРКУ молекул азота в состоянииC3 Π u ,восстановленные по результатам спектральных измерений, в ИТР и в послесвечении, заметноотклоняютсяотраспределенияБольцмана.Температура,соответствующаяфункциираспределения атомов водорода по электронным состояниям, измеренная в [1443] в ТРПТсоставляла 3300 К в NH3 , 3350 К в NH3 -N2 и 2610 К в N2 -H2 (при соотношении концентраций240молекул один к девяти).
ФРВУ колебательных уровней v C =0 и v A =0,1 верхних излучающихсостояний C3 Π u молекулы азота и A3 Π1 NH - радикала, соответственно, удовлетворительноописываются больцмановскими распределениями в сверхзвуковой струе [1447]. Однаковращательные температуры, соответствующие данным распределениям, заметно отличаются:для состояния A3 Π1 температура слабо изменяется вдоль оси сопла от 8000 К до 11000 К; длясостояния C3 Π u она заметно уменьшается вдоль оси сопла до 2000 К.
Функция распределенияатомов водорода по электронным состояниям также удовлетворительно описываетсяраспределением Больцмана с температурой возбуждения, которая падает вдоль оси сопла от11000 К до 4000 К. Поступательные температуры атомов водорода и NH3 , измеренные в ПСТРПТ в [1438], заметно различаются и составляют 500–1200 К и 8000 К, соответственно.Рис.116. Схема установки для спектральных исследований ТРПТ в протоке смесиN2 -H2 : 1 - регулятор расхода газа (РРГ); 2 - газовый вентиль; 3 - блок питания и управленияРРГ; 4 - дозирующий кран; 5 - газоразрядная кювета; 6 - балластный объем; 7 - форвакуумныйнасос; 8 и 9 - измерительная система полного давления; 10 - вакуумный кран; 11 - азотнаяловушка; 12 - система водяного охлаждения; 13 - источник питания; 14 - балластноесопротивление; 15 - электростатический киловольтметр; 16 - высоковольтный делительнапряжения; 17 - вольтметр; 18 - спектрометры AvaSpec–3648, AvaSpec–2048, AvaSpec–2048–4RM; 19 - оптическое волокно; 20 - кварцевая линза; 21 - персональный компьютер; 22 диафрагма; 23 - эталонные источники света; 24 - анод; 25 - катод; 26 - термопара; 27 положительный столб ТРПТ; 28 - приэлектродная область ТРПТ.241Такимобразом,несмотрянабольшоеколичествоэкспериментальныхработ,исследования компонентного состава и функций распределения частиц (атомов, молекул и ихионов) по квантовым состояниям в азотоводородной НТП далеки от завершения.
Из [133, 141,206, 1446] следует, что молекулы азота в триплетных состояниях A3 Σ u+ и B3 Πg играют важнуюроль при протекании физико-химических процессов, как в азотной, так и в азотоводороднойНТП. Однако данные о ФРКУ в этих состояниях в азотоводородной НТП отсутствуют. Крометого, насыщенность спектра излучения азотоводородной НТП полосами излучения молекулы ииона азота стимулирует исследования на предмет их использования для диагностики НТП.Рис.117. Фотографии ТРПТ (a, б) при силе тока 70 мА: a) – N2 -H2 , p =6 Тор, P N = 35%,2PH2 = 65%; б) – N 2 , p =4 Тор.Рис.118. Фотографии СВЧ-разряда (а, б) при подводимой СВЧ-мощности Win =108 Вт: а)– N 2 , p =4 Тор; б) – N2 -H2 , p =4 Тор, P N = 85.7%, PH = 14.3%.22242В настоящем параграфе диссертации приведены результаты исследований влиянияначального компонентного состава смеси N2 -H2 на спектральный состав излучения ираспределение энергии по внутренним степеням свободы молекулы и иона молекулы азота вТРПТ и СВЧ разряде [1138, 634].
Выбор в качестве объектов исследования ТРПТ и СВЧразряда оправдан, во - первых, тем, что ПС ТРПТ и СВЧ разряд характеризуются заметнымнарушением равновесия между внутренними и поступательными степенями свободы частицгаза. Во - вторых, в отличие от СВЧ разряда характеристики ТРПТ, необходимые дляопределения концентрации электронов и приведенной напряженности электрического поля,можно достаточно надежно оценить. Поэтому, результаты исследований механизмовплазмохимических процессов в ПС ТРПТ можно использовать при изучении физики и химиипространственно - неоднородного СВЧ разряда.Схема установки, разработанной и созданной для спектральных исследований ТРПТ всмесях азота с водородом, приведена на рис.
116 и подробно описана в [1146, 1151, 1153, 1154].Разряд создается в охлаждаемой водой кварцевой трубке с внутренним радиусом 1.8 см.ТРПТ в протоке газов поддерживается с помощью высоковольтного источника питания SL1200(Spellman) между кольцевыми титановыми электродами и силе тока 70 мА при полномдавлении 4–6 Тор. Температура поверхности трубки поддерживается постоянной вдоль всегоразряда. Приведенное электрическое поле при силе тока 70 мА составляет 70–80 Tд. Объемныйрасход азота Q N2 =2.53 л/ч в экспериментах поддерживается постоянным.
Объемный расходводорода Q H 2 изменяется в пределах 0.04 – 0.36 л/ч (процентное содержание азота припостоянном давлении изменяется в диапазоне P N = 95 – 35%, а процентное содержание2водорода составляет PH = 5–65%). На рис.117 приведены фотографии ТРПТ в смесях азота с2водородом.Экспериментальнаяустановкапространственно-неоднородногоСВЧразряда,возбуждаемого вблизи электрода - антенны, описана в [1138, 1146, 1151, 1153].
Разряд приполном давлении 4–6 Тор создается в разрядной камере, которая представляет собой цилиндриз нержавеющей стали. Для инициирования и поддержания плазмы вблизи антенныиспользуется СВЧ генератор со стабилизированным источником анодного напряжениямагнетрона (частота - 2.45 ГГц, мощность - до 180 Вт). Подводимая СВЧ мощность Winсоставляет 100 – 110 Вт. Объемный расход водорода Q H 2 изменяется в диапазоне 0.007–0.6л/ч ( PH = 0.2–14.3%) при постоянном расходе азота Q N2 =3.6 л/ч ( PH = 99.8–85.7%). На22рис.118 приведены фотографии СВЧ разряда в смесях азота с водородом. Для спектральныхисследований разрядов применяются спектрометры AvaSpec–3648, AvaSpec–2048 и AvaSpec–2432048-4RM [1080, 1082], спектральное разрешение которых составляет 0.5 нм, 0.6 нм и 0.06 нм,соответственно.Рис.119. Обзорные эмиссионные спектры приэлектродных областей ТРПТ (а) и СВЧразряда (б): а - (1) настоящая работа, p =4 Тор, P N = 85.7%, PH = 14.3%, 70 мА, (2) - [1141], (3) 22[1454], (4) - [1456], (5) - [1380]; б - (1)-[1450], (2) - настоящая работа, p =4 Тор, P N = 85.7%,2PH2 = 14.3%, 70 мА.Спектры ПС ТРПТ снимаются из центральной части разрядной кюветы вдоль её осиметодом двух диафрагм.
Измеренная интенсивность (погрешность определения 10 – 14%)эмиссионных спектров из ПС ТРПТ является усредненной по линии наблюдения. Спектры изприэлектродной области ТРПТ, расположенной вблизи катода, регистрируются с боковойповерхности разрядной кюветы. Они являются усредненными по слоям, образующим катодное244падение. Спектры СВЧ разряда получаются из приэлектродной области, расположенной на осисимметрии электрода - антенны (параграф 2.1). Для идентификации эмиссионных спектров,калибровки спектрометров по длинам волн, определения спектрального отклика и аппаратнойфункции оптической системы применялись эталонные источники излучения: газоразряднаялампа низкого давления ДРГС-12 и градуированная ленточная вольфрамовая лампа СИ-8-200[1070, 1085]. Подробное описание моделирования и обработки спектров излучения приведено впараграфе 2.1 настоящей главы диссертации [96–100].Рис.120.
Зависимость интенсивности полосы (3–0) первой положительной системы азотаN2 B3Πg A3+uот процентного содержания водорода (0%< PH 12.7%) в смеси в ПС ТРПТ2при полном давлении 4 Тор и силе тока 70 мА.Рис.121. Зависимость интенсивностей полосN+2 B2 Σ+u X2 Σg+N2 C3Πu B3Πg(кривая 4) от процентного содержания водорода P H(кривые 1–3) и2в смеси H2 -N 2 вприэлектродной области ТРПТ при давлении 4 Тор и силе тока 70 мА: 1- (2–4), 2 - (1–3) и 3 (0–2) N2 C3Πu B3Πg ; 4 - (0–0) N+2 B2 Σ+u X2 Σg+ .245В диапазоне длин волн λ= 290–740 нм в спектре излучения приэлектродной области СВЧразряда ( PH 14.3% и P N 85.7%), ПС и приэлектродной области ТРПТ ( PH = 5.4–12.7%,222P N2 = 94.6-87.3%), преобладают полосы молекулы азота (секвенции Δv= +2,+1, 0, -1, -2, -3, -4, -5N2 C3Πu B3Πgи Δv= +4, +3 N2 B3Πg A3Σu+ ) и иона молекулы азота (секвенция Δv= 0N+2 B2 Σ u+ X 2Σg+ ).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
