Диссертация (1097947), страница 49

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

Текст из файла (страница 49)

В разрядах постоянного тока и в приэлектродной области СВЧразряда, возбуждаемого вблизи электрода-антенны, в азоте ФРКУ v B = 3–12 молекулы азота всостоянии B3 Πg отличается от больцмановской. Для уровней v B =5–12 она описываетсяформулойБольцмана.ЗначенияколебательнойтемпературывозбужденияTvB B3Πg ,соответствующей данным колебательным уровням, в разрядах постоянного тока составляет4900–5230 К и меньше, чем значение TvB  B3Πg  , измеренное в СВЧ разряде 7200±800 К. Вобоих разрядах, величина TvB  B3Πg  слабо зависит от давления (1–15 Тор).

В ТРПТ,резонаторном СВЧ разряде и приэлектродной области СВЧ разряда, возбуждаемого вблизиэлектрода-антенны, в азоте (при низких давлениях < 10 Тор) значения колебательнойтемпературы первого уровня Tv  X 1g  , соответствующей основному состоянию молекулыазота X 1 g и определенной с помощью экспериментально-расчетной методики по спектрамвторой положительной системы азота, соизмеримы по порядку величины и лежат в диапазоне3500–5000 К.

Температуры Tv  X 1g  много больше, чем поступательная температура. Этосвидетельствует о высокой степени колебательно-поступательной неравновесности газовыхразрядов. В ТРПТ в азоте значенияTv  X 1g  , определенные по спектрам второйположительной системы азота, находятся в удовлетворительном согласии с соответствующимитемпературами, измеренными (в параграфе 1 главы 1) методами спектроскопии КАРС. В ТРПТи приэлектродной области СВЧ разряда, возбуждаемого вблизи электрода-антенны, с ростом257давления (15–30 Тор) значение температуры Tv  X 1g  уменьшается и находится в диапазоне1900–2200 К.Для температур возбуждения, характеризующих ФРВУ и ФРКУ молекулы азота ввозбужденных C3 Π u , B3 Πg и основном X1Σ g+ состояниях в разрядах постоянного тока,резонаторном СВЧ разряде и приэлектродной области СВЧ разряда, возбуждаемого вблизиэлектрода-антенны, в азоте, справедлива следующая иерархия Tv  B3Π g   Tv  C3 Πu  >CBTv  X1Σg+   Trot  C3Π u  = Trot  B3Π g  = Trot B 2u = T X Σ  = T .1rot+ggВ диссертации, впервые, исследовано влияние компонентного состава НТП наспектральный состав излучения, поступательную температуру Tg , ФРВУ и ФРКУ в состоянияхB 2u иона молекулы азота, C 3 u и B3 g молекулы азота в ПС и приэлектродной областиТРПТ, в приэлектродной области неоднородного СВЧ разряда, возбуждаемого вблизиэлектрода-антенны, в смесях He  N 2 и H 2  N2 при низких давлениях.

Выполнена селекцияатомных линий и молекулярных полос для диагностики поступательной температуры в газовыхразрядах в смесях He  N 2 и H 2  N2 .Установлено, что при низких давлениях, в ПС ТРПТ и приэлектродной областинеоднородного СВЧ разряда, возбуждаемого вблизи-электрода антенны, в смеси He  N 2спектральный состав излучения газовых разрядов зависит от процентного содержанияатомарного гелия и молекулярного азота в смеси He  N 2 при постоянном значении полногодавления и парциального расхода молекулярного азота.

В обоих разрядах, с ростомпроцентного содержания атомарного гелия интенсивности полос переходов N2  C3Πu  B3Πg монотонно уменьшаются. Поведение интенсивностей полос переходов N+2  B2 Σ+u  X2 Σg+  иN2 B3Πg  A3Σ u+положительномстолбеN2 B3Πg  A3Σu+в зависимости от компонентного состава смеси в разрядах различается: втлеющегоразрядапостоянноготокаинтенсивностиполоси N+2  B2 Σ u+  X 2Σg+  монотонно увеличиваются с ростом процентногосодержания атомарного гелия в смеси He-N2 ; в приэлектродной области СВЧ разрядаинтенсивности полос N2  B3Πg  A3Σu+  и N+2  B2 Σ u+  X 2Σg+  при малых парциальныхрасходах гелия испытывают рост, а при высоких уменьшаются. Показано, что моделированиеспектровизлученияN 2  C 3  u  B 3 g  ,N2  B3 g  A3u иN+2 B2 Σ u+  X 2Σg+впредположении больцмановского распределения молекулы азота и иона молекулы азота повращательным уровням удовлетворительно описывают измеренные спектры испускания в ПС258ТРПТ и приэлектродной области электродного СВЧ разряда в смеси He  N 2 .

Значениявращательных температур Trot  B 2u  , Trot  B3 g  и Trot  C 3 u  в приэлектродной области СВЧразряда, возбуждаемого вблизи-электрода антенны, не зависят от компонентного состава смесиHe  N2 и совпадают в пределах погрешности 480–500 (  100 К). В ПС ТРПТ значениявращательных температур Trot  C 3u  и Trot  B3 g  не зависят от компонентного состава исовпадают в пределах погрешности 700–720 (  80 К). Значения вращательной температурыTrot  B 2u  зависит от расхода гелия при постоянных значениях давления смеси газа и силытока в разряде: при малых расходах Trot  B 2u  совпадает с Trot  C 3u  и Trot  B3 g  ; приувеличении расхода Trot  B 2u  больше, чем Trot  C 3u  и Trot  B3 g  . Установлено, чтовращательные температуры Trot  C 3u и Trot  B3 g в обоих разрядах совпадают споступательной температурой Tg .

Электронные состояния C3 Π u и B3 Πg молекулы азота могутбыть использованы для диагностики поступательной температуры в ПС ТРПТ и СВЧ разряда всмеси He  N 2 .В обоих разрядах распределение заселенностей молекул азота по колебательнымуровням в состоянии C 3 u слабо отличается от рассчитанного по формуле Больцмана и неизменяется с ростом процентного содержания гелия в смеси He  N 2 .

Величины колебательнойтемпературы Tv  C3 Πu  в приэлектродной области СВЧ разряда и в ПС ТРПТ составляютC5100  600 К и 4900–5300 К, соответственно. ФРКУ vB = 3–12 состояния B3 g заметноотличаются от распределения Больцмана. Заселенности уровней vB = 7–12 монотонноуменьшаются с увеличением номера уровня vB , удовлетворительно описываются формулойБольцмана. Её структура слабо изменяется с ростом процентного содержания атомарного гелияв смеси He  N 2 . Значение TvB  B3 g  , соответствующая уровням vB = 7–12, лежит в диапазоне6300–6800 К в ПС ТРПТ. Оно меньше, чем соответствующая величина 7200 К, измеренная вприэлектродной области СВЧ разряда.Дляпоступательной,вращательныхтемпературиколебательныхтемпературвозбуждения состояний C 3 u , B3 g молекулы азота и B2 Σ u+ иона молекулы азота в ПС ТРПТи в приэлектродной области СВЧ разряда, возбуждаемого вблизи электрода - антенны, в смесиHe  N2 справедлива следующая иерархия температур: TvB  B3 g  > TvC  C 3 u  > Trot  B 2u  Trot  C 3u  = Trot  B3 g  = Tg .259В ПС ТРПТ, в приэлектродных областях ТРПТ и СВЧ разряда, возбуждаемого вблизиэлектрода-антенны, в смесях N2  H2 зависимости интенсивностей излучения полос переходовN2 C3Πu  B3Πg , N+2 B2 Σ+u  X2 Σg+и N2 B3Πg  A3u+от процентного содержаниямолекулярного водорода различаются.

В ПС ТРПТ, с ростом процентного содержания водородаинтенсивность полос N2  C3Πu  B3Πg  изменяется незначительно, а N2  B3Πg  A3Σu+  заметноуменьшается. В приэлектродной области ТРПТ интенсивности полос N2  C3Πu  B3Πg  иN+2 B2 Σ u+  X 2Σg+увеличиваются с повышением процентного содержания водорода. Вприэлектродной области СВЧ разряда они изменяются немонотонно: растут в диапазонепроцентного содержания водорода при 0 – 6% (при процентном содержании азота  94%) иуменьшаются в диапазоне процентного содержания водорода 6 – 14% (при процентномсодержании азота в диапазоне 94 – 86%).РассчитанныеN2 B3Πg  A3 Σu+спектрыизлученияN+2 B2 Σ+u  X2 Σg+ ,N2 C3Πu  B3Πgив предположении больцмановского распределения молекул азота повращательным уровням в излучающих состояниях удовлетворительно описывают измеренныеспектры испускания разрядов. В приэлектродной области СВЧ разряда для переходовN2 C3Πu  B3Πgс верхним излучающим состоянием C3Πu ,vC =2 функция распределениямолекул азота по ЭКВ уровням заметно отклоняется от распределения Больцмана.

Возмущениечередования интенсивностей обусловлено кинетикой возбуждения и девозбуждения состоянияC3Πu ,vC =2 молекулы азота в приэлектродной области СВЧ разряда.В приэлектродной области СВЧ разряда, ПС и приэлектродной области ТРПТ в смесиN2 -H2 вращательные температуры Trot B2 Σ +u , Trot C3Π uи Trot  B3Πg  согласуются в пределахпогрешности. Они слабо зависят от компонентного состава смеси N2 -H2 .

Показано, чтовращательные температуры Trot  B2 Σ +u  , Trot  C3Π u  и Trot  B3Π g  совпадают с поступательной.Электронные состояния C3 Π u и B3 Πg молекулы и B 2u иона молекулы азота могут бытьиспользованы для диагностики поступательной температуры приэлектродной области СВЧразряда, ПС и приэлектродной области ТРПТ в смеси N2 -H2 при низких давлениях.В приэлектродной области СВЧ разряда, ПС и приэлектродной области ТРПТ токаФРКУ состояния C3Π u молекулы азота слабо отличается от распределения Больцмана.

Она неизменяется с увеличением процентного содержания водорода в смеси. В ПС и приэлектроднойобласти ТРПТ значение Tv  C3 Πu  составляет 3500–3800 (  400 К). Оно меньше, чемC260соответствующее значение, определенное в приэлектродной области электродного СВЧ разряда6700  520 К.Значения колебательных температур Tv  X1g  основного состояния молекулы азота вобеих областях ТРПТ и приэлектродной области электродного СВЧ разряда, определенные поспектрам излучения N2  C3Πu  B3Πg  , составляют, приблизительно, 1500–2000 К и 4000 К,соответственно.В ПС ТРПТ и приэлектродной области СВЧ разряда колебательные распределения дляуровней v B =3–12 состояния B3 Πg отличаются от распределения Больцмана. Относительныезаселенности уровней v B =7–11 описываются формулой Больцмана с температурой Tv  B3 Πg  .BТемпература возбуждения этих уровней не изменяется с увеличением процентного содержанияводорода в смеси N2 -H2 .

В обоих разрядах, значения температур возбуждения Tv  B3 Πg  лежатBв диапазоне 6100–6600 К (погрешность 11%).Для температур, характеризующих функцию распределения по ЭКВ уровням всостояниях C3 Π u , B3 Πg молекулы азота и B2 Σ +u иона молекулы азота в исследуемых разрядах всмеси N2 -H2 справедлива следующая иерархия температур TvB  B3 g   TvC  C 3u  > Tv  X 1g > Trot  B 2u  = Trot  B3 g  = Trot  C 3u  = Tg . Различие между температурами возбуждения ипоступательной температурой, отличие ФРКУ молекулы и иона молекулы азота ввозбужденных состояниях от больцмановского распределения свидетельствует о нарушенииравновесия по ЭКВ степеням свободы молекулы и иона азота в газовых разрядах вазотосодержащих смесях.261Глава 3.

Столкновительно-излучательная модель кинетики частиц в электронновозбужденных состояниях для диагностики концентрации электронов, напряженностиэлектрического поля и степени колебательно-поступательной неравновесности в газовыхразрядахВведениеОдной из центральных проблем, связанной с развитием уровневой полуэмпирическойСИМ для оптической диагностики азотной НТП является создание вычислительного модуля(рис. 1), позволяющего адекватно описывать её спектральный и компонентный состав,распределения энергии по внешним и внутренним степеням свободы частиц в электронно возбужденных состояниях.

В диссертации, создание модуля основывается на результатахисследований кинетики атомов, молекул азота и их ионов в электронно-возбужденныхсостояниях, полученных: в дальнем (рекомбинационном, длительном) [123, 133, 141, 184, 1179–1181, 1222, 1246, 1464–1507] и ближнем [133, 141, 667, 712, 734, 754, 1093, 1178–1184, 1215,1222, 1246, 1508–1510] послесвечении газовых разрядов; в проточных реакторах [689, 691, 705,1511–1516]; в газовых разрядах [133, 141, 184, 314, 392, 399, 525, 567, 585, 663, 664, 667, 669,710–712, 734, 1109, 1108, 1115, 1164, 1169, 1176, 1187–1189, 1191, 1196, 1198–1203, 1207, 1213–1215, 1217, 1233, 1246, 1465, 1517–1520].Результаты исследований физико-химических процессов в дальнем послесвечениигазовых разрядов в азотосодержащих смесях в широком диапазоне давлений (от p =0.1 Тор доатмосферного) [123, 133, 141, 184, 1179–1181, 1222, 1246, 1464–1507] показывают, чтокомпонентный состав представлен молекулами N 2  A3u  , N 2  B3Π g  , N 2  B3u  , N 2  a1Π g  ,N 2 W 3 uи атомами N  4 S  , N  2 P  , N  2 D  азота.

Характеристики

Список файлов диссертации