Диссертация (1097947), страница 48

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

Текст из файла (страница 48)

Вприэлектродной области СВЧ разряда, ПС и приэлектродной области ТРПТ в N 2 и смеси N2 -H2ФРКУ ( vC =0–4) состояния C3Π u молекулы азота, определенные методами относительныхинтенсивностей и частично - разрешенной колебательной структуры, удовлетворительносогласуются и слабо отличаются от распределения Больцмана. В ПС ТРПТ распределения N 2по колебательным уровням vC в состоянии C3Π u слабо изменяется с добавкой H 2 и ростом P H2в смеси N2 -H2 (рис.128). Так, например, при аппроксимации наблюдаемого в экспериментераспределения больцмановским, колебательная температура Tv  C3 Πu  в азоте равняетсяC4240  420 К при давлении 4 Тор и силе тока 70 мА. При добавке H 2 к N 2 , значение Tv  C3 Πu Cуменьшается до 3530  400 К и с возрастанием процентного содержания водорода P H2неизменяется. Значение Tv  X1g  основного состояния молекулы азота в ПС ТРПТ в смесиN2  H2 , определенное по спектрам излучения N2 C3Πu  B3Πgв приближении высокихзначений напряженности электрического поля [73,389–399], оказывается заметно меньше, чемTvC  C3 Π u  и составляет, приблизительно, 1500 К.

В приэлектродной области ТРПТ и СВЧразряда ФРКУ не изменяются с добавкой водорода и ростом P H в смеси N2 -H2 . Так, например,2в приэлектродной области ТРПТ при давлении 4 Тор и силе тока 70 мА ФРКУ в состоянииC3 Π uудовлетворительноописываетсяраспределениемБольцманасколебательнойтемпературой Tv  C3 Πu  , равной 3850±500 К (рис. 129). Её значение меньше, чем значениеCTvC  C3 Π u  =6700  520 К (таблица 7), определенное в приэлектродной области СВЧ разряда придавлении 4 Тор и Win =100 Вт (рис. 130). Колебательные температуры Tv  X1g  основного253электронного состояния молекулы азота, восстановленные по измеренным заселенностямсостояния C3Π u в приэлектродных областях ТРПТ и СВЧ разряда [73,389–399], равны 2000 К и4000 К, соответственно (таблица 7).Рис.131. ФРКУ в состоянииB3 Π g в ПС ТРПТ при p= 4.0 Тор исиле тока 70 мА (1 - Δv  4 и 2-Δv=+3 N2 B3Πg  A3Σ +u ), содержаниеводородаPH2 = 12.7%иазотаP N2 = 87.3%), TvB  B3 Πg   6600  80 К.В ПС ТРПТ и приэлектродной области СВЧ разряда колебательные распределения дляуровнейv B =3–12 состоянияB3 Π g , восстановленные из распределения интенсивностейпереходов секвенций Δv= +3 и +4 N2  B3Πg  A3Σu+  находятся в удовлетворительном согласиии отличаются от распределения Больцмана.

Наблюдаемое недозаселение 12 уровня возможносвязано с ростом погрешности измерения интенсивности излучения из-за малости сигнала.Относительные заселенности уровней v B =7–11 монотонно уменьшаются с увеличением номераколебательного уровня v B и описываются формулой Больцмана с температурой Tv  B3 Πg  .BТемпература возбуждения этих уровней не изменяется с увеличением P H в смеси N2 -H2 . В2качестве примера, рис. 131 иллюстрирует результаты определения ФРКУ состояния B3 Πg в ПСТРПТ. Значения температур возбуждения, определенных в исследуемых разрядах, лежат вдиапазоне 6100 – 6600 К (погрешность 11%) (таблица 7).2.6. Выводы к главе 2Таким образом, в настоящей главе диссертации развиты экспериментально-расчетныеметодики, сочетающие модели НТП и методы ЭС, и их применению для исследованияспектрального состава излучения и определения распределений энергий по внешним ивнутренним степеням свободы и концентраций возбужденных частиц в пространственнонеоднородных газовых разрядах в азотосодержащих смесях.

Предложен новый подход, наоснове которого создан программный модуль для обработки и моделирования спектровиспускания НТП. Выполнена селекция атомных линий и молекулярных полос для диагностикипоступательной температуры в газовых разрядах. С помощью нового подхода, впервые,определена поступательная температура и исследованы ФРВУ и ФРКУ: молекулы азота в254основномX 1 g и возбужденном C 3 u состояниях в СВЧ разряде, возбуждаемого впрямоугольном резонаторе, в азоте; молекулы азота N 2 в основном X 1 g и возбужденныхC 3 u , B 3 g состояниях, а также иона молекулы азота N 2 в состоянии B 2u в приэлектроднойобласти СВЧ разряда, возбуждаемого вблизи электрода-антенны, в азоте, в смесях азота сгелием ( N 2  He ) и водородом ( N 2  H 2 ); молекул N 2 , N 2 и гелия He2 в возбужденныхсостояниях C 3 u , B 2u и D1u , d 3u , соответственно, в отрицательном коронном разряде ватомарном гелии He с малой примесью N 2 ; молекулы азота N 2 и циана CN в возбужденныхсостояниях C 3 u и B 2 , соответственно, на стадии электрического пробоя в системеэлектродов остриё-плоскость в жидком азоте.

Программный модуль для обработки имоделирования спектров испускания пространственно-неоднородной азотосодержащей НТП,состоит из: базы данных излучательных характеристик атомов (водорода, гелия) и двухатомныхмолекул (гелия, азота, углерода, циана, иона азота), а также спектров испускания, измеренных вразличных газовых разрядах и послесвечении; вычислительных модулей для обработки имоделирования спектров испускания атомов гелия и водорода, полос N2  C 3u , vC  B3 g , vB  ,N2 B 2u  X 2g , CN ( B2  X 2) , He2 (d 1u  b1 g ) и He2 (d 3u  b3 g ) , системы Сванамолекулы углерода методами неразрешенной вращательной и частично разрешеннойколебательной структуры, абсолютных и относительных интенсивностей, обращения Абеля.Основная отличительная особенность программного модуля от существующих в настоящеевремя моделей расчета спектров испускания заключается в том, что при обработке измеренныхспектров испускания НТП, с учетом спектрального переналожения атомных линий имолекулярных полос излучения, не требуются использовать предварительные предположения охарактере распределения заселенностей по энергетическим уровням возбужденных частиц.Программный модуль допускает: определение набора значений вращательных и колебательныхтемпературвозбуждения,соответствующихразличнымгруппамвращательныхиколебательных чисел, соответственно, внутренних степеней свободы двухатомных молекул;использование уровневой полуэмпирической СИМ азотной НТП, развитой в диссертации, длявосстановления заселенностей по колебательным уровням молекулы и иона молекулы азота.В диссертации разработаны и созданы экспериментальные установки для исследованийразрядов постоянного тока и безэлектродного ВЧ разряда индуктивно-емкостного типаметодами ЭС.

Выполнены спектральные исследования разрядов постоянного тока и ВЧразряда. Приведено сравнение результатов спектральных исследований ВЧ разряда, разрядовпостоянного тока и СВЧ разрядов в азоте. Установлено, что в ПС разрядов постоянного тока, в255приэлектродной области СВЧ разряде, возбуждаемого вблизи электрода-антенны, в ВЧ ирезонаторном СВЧ разряде в азоте стационарные ФРВУ молекулы азота в состоянии C3 Π uподчиняются распределению Больцмана. В разрядах постоянного тока и электродном СВЧразряде, возбуждаемого вблизи электрода-антенны, в азоте этот вывод справедлив дляэлектронного состояния B3 Πg молекулы азота. В резонаторном и электродном СВЧ разрядах вазоте распределение заселенностей по вращательным уровням электронного состояния B2 uиона молекулы азота также удовлетворительно описываются формулой Больцмана.

В разрядахпостоянного тока в азоте, в диапазоне давлений 3.5–30 Тор, значения вращательных температурTrot  C3 Π u значениеми Trot  B3Πg  , находятся в удовлетворительном согласии с соответствующимTrot  X1g ипоступательнойтемпературойTg ,измереннымиметодамиспектроскопии КАРС и ОИ (параграфы 1 и 2, соответственно, глава 1). Значения температурлежат в диапазоне 460–1700 К. Электронные состояния C3 Π u и B3 Πg молекулы азота могутбыть использованы для диагностики поступательной температуры разрядов постоянного тока вазоте. Поступательная температура, измеренная на оси ВЧ разряда в азоте, составляет 95050 К.Её величина больше, чем в пристеночной области 460–540 К. Это подтверждает полученныйранее вывод (в параграфе 1 главы 1) о неоднородном пространственном распределение степенипоступательно-колебательной неравновесности разряда по сечению кюветы.

В резонаторномСВЧ разряде и приэлектродной области СВЧ разряда, возбуждаемого вблизи электродаантенны, в азоте (при давлении  15 Тор), измеренные значения вращательных температурTrot  C 3u  , Trot  B3 g  и Trot  B 2u  молекул в электронных состояниях C 3 u , B3 g и B 2u ,соответственно, совпадают и лежат в диапазоне 460–1100 К. Значения вращательныхтемператур удовлетворительно согласуются с поступательной температурой Tg , определеннойиз уравнения теплопроводности. Электронные состояния C3 Π u и B3 Πg молекулы и B 2u ионамолекулы азота могут быть использованы для диагностики поступательной температуры СВЧразрядов в азоте. Показано, что в резонаторном СВЧ и ВЧ разряде в азоте ФРКУ молекулыазота в состоянии C3Π u отличается от больцмановского распределения.

В резонаторном СВЧразряде и в приэлектродной области электродного СВЧ разряда в азоте это наблюдается такжедля ФРКУ иона молекулы азота в состоянии B2 u . Отклонение от больцмановскихраспределений обусловлено вторичными процессами в заселение колебательных уровнейсостояний B2 u и C3 Π u . В разрядах постоянного тока и в приэлектродной области СВЧ разряда,возбуждаемого вблизи электрода-антенны, в азоте стационарная ФРКУ молекулы азота в256состоянии C3 Π u подчиняется распределению Больцмана. Вкладом вторичных процессов взаселение колебательных уровней состояния C 3  u молекул азота по сравнению с процессомвозбуждения электронным ударом из основного состояния молекулы азота X 1 g можнопренебречь.

Это обосновано анализом процессов возбуждения и дезактивации излучающихсостояний в рамках уровневой полуэмпирической СИМ, развитой диссертации. В разрядахпостоянного тока и приэлектродной области СВЧ разряда, возбуждаемого вблизи электродаантенны, значения колебательной температуры возбуждения Tv  C3 Πu Cсоизмеримы инаходятся в диапазонах 4000–6200 К и 5500–6300 К, соответственно. Величина Tv  C3 Πu  слабоCзависит от давления (1–15 Тор). Измеренные абсолютные значения концентраций молекулыазота для уровней vC =0–4 состояния C 3  u в разрядах постоянного тока и электродном СВЧразряде (при низких давлениях 1.0–9.5 Тор), изменяются в диапазонах 105–109 см-3 и 6×108–4×109 см-3, соответственно.

Характеристики

Список файлов диссертации