Диссертация (1097947), страница 50

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

Текст из файла (страница 50)

Установлено, что процесс объемнойрекомбинации атомов азота N в основном электронном состоянии 4 S играет важную роль вформированииФРКУмолекулыазотавэлектронно-возбужденныхсостоянияхврекомбинационном послесвечении. Измеренные ФРКУ молекулы азота в электронновозбужденных состояниях B3Π g и B3Σ-u не подчиняются распределениям Больцмана. Онизависят от температуры стенок разрядной кюветы, а также добавок молекулярных и инертныхгазов к азоту.

Данные об уровневых коэффициентов скоростей процессов приведены, главнымобразом, при комнатной температуре (293 К) и температуре жидкого азота (77 К). В [133, 141,184] предлагается общий подход к развитию СИМ дальнего послесвечения и общиесоображения о механизмах, формирующих компонентный состав, ФРВУ и ФРКУ молекулазота в электронно-возбужденных состояниях. Чтобы интерпретировать компонентный и262спектральных состав рекомбинационного послесвечения, в СИМ особое внимание необходимоуделять кинетики триплетных состояний ( A3Σ +u , B3 Πg , B3Σ-u , W3Δ u и т.д.) молекулы азота сразрешением по колебательным уровням.

Существенную роль в наработке триплетныхсостояний играет процесс трехчастичной рекомбинации атомов с образованием молекулы азотав метастабильном состоянии A3Σ +u . За процессом трехчастичной рекомбинации атомовслучаются столкновительные процессы, включающие быструю вращательную релаксацию,колебательную релаксацию в пределах одного электронного триплетного состояния и покомплексу триплетных состояний (квазирезонансные процессы), а в присутствии молекулярныхи тяжелых инертных газов следует электронная дезактивация триплетных состояний.В [133, 141, 667, 712, 734, 754, 1093, 1178–1184, 1215, 1222, 1246, 1508–1510]установлено, что ближнем послесвечении компонентный состав содержит молекулы азота всостояниях B3Π g , C5 Π u , C3Π u , C3Π u , Α3Σ+u , A5 g и атомы азота в состояниях 4 S , 2 D , 2 P .Измеренные ФРКУ молекулы азота в электронно-возбужденных состояниях B3Π g , C5 Π u ,C3Π u , C3Π u и Α3Σ+u отклоняются от распределений Больцмана. В кинетике возбужденныхчастиц важную роль играют молекулы азота в триплетных состояниях C3Π u , B3Π g и Α3Σ+u .

Вближнем послесвечении, для описания кинетики электронно-колебательных состояний C3 Πu ,vCпредлагается два механизма, изложенных в [133, 141] и [1178–1184]. В первом механизме [133,141], доминирующую роль в формировании ФРКУ молекулы азота в состоянии C3Π u играютвторичные процессы с участием молекулы азота в состоянии C5 Π u . В исследованияхазотосодержащей НТП, широкое распространение получил второй механизм, предложенный в[1178–1184]. Он основывается на том, что в возбуждении электронно-колебательных состоянийC3 Πu ,vC преобладает вторичный процесс взаимного тушения метастабильных состояний A3 Σ u+молекулы азота. В [734, 1509], при определении уровневых коэффициентов скоростейвзаимного тушения метастабильных состояний A3 Σ u+молекулы азота, установлена ихзависимость от поступательной температуры.

Дальнейший шаг в исследованиях ролипроцессов взаимного тушения метастабильных состояний A3 Σ u+ молекулы азота, в уровневойкинетики состояний C3 Π u и B 3 g , выполнен в экспериментах с использованием проточныхреакторов в [689, 691, 705, 1186, 1457, 1511–1516]. Результаты исследований колебательнойкинетики молекулы азота в электронно-возбужденных состояниях A3 Σ u+ , C3 Π u , B 3 g иопределенияуровневыхкоэффициентов скоростей, преимущественно, при комнатнойтемпературе приведены в [689, 691, 735, 1186, 1457].263Результатыисследованийспектральногоикомпонентногосостава,кинетикиэлектронных состояний молекулы азота в газовых разрядах в азоте [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] свидетельствуют отом, что в газовых разрядах преобладают: атомы азота в основном4S и возбужденныхметастабильных состояниях 2 P и 2 D ; ионизованные атомы азота N  ; молекулы азота N 2 иионы молекулы азота N 2 в электронно - возбужденных состояниях C 3 u , C 5 u , C 3 u ,A5 g , B 3 g , D 3u , A3u и B 2u , X 2 g , соответственно; комплексные ионы N 4 и N 3 .Большой объем публикаций [73, 133, 141, 184, 193, 197, 308, 330, 389–399, 656, 662, 754–756,758, 1106] касается разработки методов описания столкновительно - излучательных процессов вазотной НТП с участием частиц в электронно-возбужденных состояниях без детализации поквантовым (колебательным и вращательным) уровням.

Применение подобных моделей дляоптической диагностики НТП затруднительно, поскольку с помощью спектроскопическихметодов измеряют концентрации частиц в возбужденных состояниях с разрешением поквантовым уровням. В немногочисленных работах [706, 1314, 1519, 1528], посвященныхразвитиюуровневыхСИМслабоионизованнойплазмы,основанныхнарезультатах,полученных в дальнем [123, 133, 141, 184, 1179–1181, 1222, 1246, 1464–1507] и ближнемпослесвечении [133, 141, 667, 712, 734, 754, 1093, 1178–1184, 1215, 1222, 1246, 1508–1510] ипроточных реакторах [689, 691, 705, 1186, 1457, 1511–1516], отмечаются трудности, связанныес воспроизведением ФРКУ молекулы азота в триплетных состояниях, измеренных в газовыхразрядах и послесвечении.

Задача о механизмах, обуславливающих кинетику ФРКУ молекулыазота в состояниях C 3 u , B3 g и 3u до сих пор является актуальной. Ключевым моментомпри описании кинетики частиц в возбужденных состояниях в НТП являются данные озависимости от поступательной температуры интегральных и уровневых коэффициентовскоростей. Поступательная температура в газовых разрядах в азоте изменяется в пределах: в ВЧразряде от 450 К до 4000 К (таблица 1, глава 1); в ПС ТРПТ от 510 К до 1300 К (таблица 2, глава1); в СВЧ разряде от 460 К до 1300 К (таблица 7, глава 2).

Сведения об уровневыхкоэффициентах скоростей, представленные в [123, 133, 141, 184, 1179–1181, 1222, 1246, 689,691, 734, 735, 1186, 1457, 1464–1507, 1509, 1520–1528], являются неполными, чтобы описыватьобобщенную кинетику атомов и молекулы азота в электронно-возбужденных состояниях вгазовых разрядах. Решение задачи, связанной с восполнением недостающих уровневыхкоэффициентов скоростей, является важным этапом при построении СИМ азотной НТП.Таким образом, отсутствует общепринятая точка зрения о физико-химическихпроцессов, обуславливающих формирование спектрального и компонентного состава,264распределения энергии по внешним и внутренним степеням свободы частиц в ЭКВвозбужденных состояниях в рекомбинационном и ближнем послесвечении, а также в газовыхразрядах.

Построение уровневой СИМ азотной НТП, с соответствующей базой данныхуровневых сечений и коэффициентов скоростей, далеко от завершения и является необходимымэтапом в развитии экспериментально-расчетных методик для оптической диагностики газовыхразрядов.Рис.132. Временная эволюцияФРКУ молекулы азота в состоянииC 3 u в импульсном разряде в азоте( p = 4 Тор, плотность тока 6 мА/см2).Сплошная и штрихпунктирные линии расчетпоуровневойполуэмпирической СИМ, развитой вдиссертации: 1) t p =0.1 мс; 2) t p =0.25мс; 3) t p =0.65 мс; 4) t p =0.8 мс; 5)t p =1.0 мс; 6) t p =1.2 мс; 7) t p =1.5 мс.Значки ◊ - эксперимент [1201, 1442].Рис.133.состоянииФРКУC 3 uмолекулыазотавв положительном столбетлеющего разряда постоянного тока при p =2.5 Тор. Линии - расчет по СИМ.

Значки ◊ эксперимент[1314].Времяпребываниямолекул в разрядной зоне t p : а) - 4.5 мс, б) - 10мс, в) - 55 мс.Настоящая глава диссертации посвящена развитию важной составляющей уровневойполуэмпирической СИМ азотной НТП (рис. 1, глава 1), с соответствующей базой данныхстолкновительно-излучательных характеристик процессов, описывающей физико-химические265процессы в газовых разрядах с участием молекул азота в электронно-возбужденных состоянияхс детализацией по колебательным уровням и её применению для интерпретации и обработкиспектральных измерений, выполненных в разрядах постоянного тока и СВЧ разрядах. Онаявляется дальнейшим развитием СИМ [73, 133, 141, 184, 193, 197, 308, 330, 389–399, 656, 662,706, 754–756, 758, 1106, 1314, 1519, 1528], которые используются в исследованиях кинетикивозбужденных частиц и экспериментально-расчетных методиках для диагностики параметровазотосодержащей НТП.В параграфе 3.1 создана уровневая полуэмпирическая СИМ тлеющего разрядапостоянного тока и СВЧ разрядов в азоте, позволяющая согласовать результаты расчетов иизмерений: ФРКУ ( v A =0–13, vB =0–17 и vC =0–4) молекулы азота в триплетных состоянияхA3u , B3 g и C 3 u , соответственно; степени колебательно-поступательной неравновесностиазотной НТП; концентраций молекул и атомов азота в состояниях A3u , C 3u и 4 S , 2 D , 2 P ,соответственно.

Согласие между теорией и экспериментом, полученное в параграфе 3.1,послужили основой для развития экспериментально-расчетной методики для диагностикиконцентрации электронов, напряженности электрического поля и степени колебательнопоступательной неравновесности в газовых разрядах в азоте.В параграфе 3.2 с помощью экспериментально-расчетных методик, сочетающихуровневую полуэмпирическую СИМ азотной НТП и методы зондовых измерений и ЭСопределены концентрация электронов, напряженность электрического поля и степеньколебательно-поступательной неравновесности в СВЧ разрядах в азоте.3.1.

Функции распределения по колебательным уровням молекул азота в электронно возбужденных состояниях A3u , B3 g и C 3u в газовых разрядах в азотеПодробное описание уровневой полуэмпирической СИМ разрядов постоянного тока иСВЧ разрядов в азоте приведено в параграфе 1.3 главы 1. Функции распределения электронов ивозбужденных частиц (нейтральных и ионизованных атомов и молекул азота) по энергиямнаходятся из самосогласованного решения кинетического уравнения для электронов иуравнений баланса для концентраций частиц в основном и электронно-возбужденныхсостояниях. Исходными параметрами при решении уравнений являются давлениеp,поступательная температура Tg , радиус разрядной кюветы R , температура стенки разряднойкюветы TW (= 300 К), вероятности гетерогенной дезактивации энергии молекул и рекомбинацииатомов азота в основном и возбужденных электронных состояниях, концентрация электронов266N e , напряженность электрического поля E ( E/N , круговая частота  изменения амплитудыэлектрического поля) и поглощенная слабоионизованным газом удельная мощность Pabs .Рис.134.

Характеристики

Список файлов диссертации